KR20020042947A - 전기이온화 반응을 이용한 환원장치 및 환원방법 - Google Patents

전기이온화 반응을 이용한 환원장치 및 환원방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금용액 중의 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 환원시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 환원장치는 상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 저장하기 위한 저장용기와, 상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 용해시키기 위한 산성용액을 상기 저장용기에 공급하기 위한 용액공급수단과, 상기 저장용기 내의 용액에 침지되는 한 쌍의 전극과, 상기 전극에 직류전류를 인가하기 위한 전원공급수단으로 이루어진 것을 특징으로 하므로, Zn/Fe 합금용액 속의 철(Fe) 성분이 공기중의 산소와 염산의 반응으로 산화된 산화철(Fe+3)을 용해시키고 전기이온화 반응에 의해 철(Fe)과 철이온(Fe+2)으로 환원시킴으로써 산화철(Fe+3) 형태로 발생되는 찌꺼기를 감소시키고, 도금작업시 철(Fe) 함량을 적정치 이상으로 향상시켜 도금 표면에 발생되는 불량면을 감소시킨다.

Description

전기이온화 반응을 이용한 환원장치 및 환원방법{A reduction apparatus and method using the electric ionization}
본 발명은 전기도금용액 중 산화철 이온을 전기이온화 반응에 의해 환원시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 더 상세하게는 산화철 이온형태로 존재하는 철을 용해시키고 전기환원시켜 실제 도금작업시 요구되는 철이온(Fe)을 생성시킴으로써 도금용액의 산화를 방지하고 산화물의 찌꺼기 발생을 억제시킬 수 있는 전기 이온화반응에 의한 환원장치 및 환원방법에 관한 것이다.
일반적으로, 도금용액 중 아연(Zn) + 철(Fe) 합금용액의 주성분은 염산(HCl), 철(Fe), 철이온(Fe+2), 산화철(Fe+3), 염화칼륨(KCl), 아연(Zn), 아연이온(Zn+2) 그리고 용액상품명(USS-P) 등으로 이루어져 있다.
이러한 도금용액의 주성분에서, 도금용액 중의 철(Fe) 성분은, 하기 반응식으로 표현되는 대기 중의 산소 및 용액 속의 염산(HCl)과 산화반응에 의하여 산화철(FeCl3)을 형성하며, 이러한 산화철은 도금용액 속의 찌꺼기(sludge)로 잔존하게 된다.
Fe + O + HCl = FeCl3
이렇게 생성된 찌꺼기는 도금작업 과정에 아무런 도움을 주지 못하고 오히려 불순물로 잔존하여 스트립의 도금층 표면에 줄무늬와 이물질 뭉침 등의 불량면을 형성시킨다. 또한, 이러한 찌꺼기는 용액탱크 내에 가라앉아 폐기물로 취급되므로, 이를 처리하여야 한다.
한편, 상술된 바와 같은 철의 산화반응은 연속해서 꾸준히 일어나 도금용액속의 순수철과 철이온(Fe+2)의 양은 감소된 반면 산화철(Fe+3)의 함유량은 꾸준히 증가하므로, 도금작업시 기대치 만큼의 철함량을 얻을 수 없는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, Zn/Fe의 합금 도금용액 속의 철산화물 이온(Fe+3)과 산화철의 찌꺼기를 용해 및 전기이온화 반응을 통해 순수철(Fe) 및 철이온(Fe+2)으로 환원시킴으로써 스트립의 도금층의 품질을 향상시킬 수 있는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 Zn/Fe 합금용액 속의 철(Fe) 성분이 공기중의 산소와 염산의 반응으로 산화된 산화철(Fe+3)을 용해시키고 전기이온화 반응에 의해 철(Fe)과 철이온(Fe+2)으로 환원시킴으로써 산화철(Fe+3) 형태로 발생되는 찌꺼기를 감소시키고, 도금작업시 철(Fe) 함량을 적정치 이상으로 향상시켜 도금 표면에 발생되는 불량면을 감소시킬 수 있는 전기이온화 반응을 이용한 환원방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 환원장치를 도시한 부분단면도.
도 2는 본 발명에 따른 환원장치의 저장용기의 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 집전장치 패널
3 : 그리드
5 : 교반기
7 : 후회경로
8 : 염산공급라인
11 : 저장용기
12 : 필터조
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 도금용액 중의 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 환원시키기 위한 장치는 상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 저장하기 위한 저장용기와, 상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 용해시키기 위한 산성용액을 상기 저장용기에 공급하기 위한 용액공급수단과, 상기 저장용기 내의 용액에 침지되는 한 쌍의 전극과, 상기 전극에 직류전류를 인가하기 위한 전원공급수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도금용액 중의 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 환원시키기 위한 방법은 상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 용해시키는 단계와, 상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 용액에 직류전류를 인가하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 전기이온화 반응을 이용한 환원장치는 도금용액 중의 산화철(Fe+3) 또는 산화물 찌꺼기가 저장되어 있고 이들을 용해시키고 전기이온화 반응이 진행되는 저장용기(11)와, 저장용기(11)에 저장되어 있는 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 용해시킬 수 있도록 산성용액, 예를 들어 염산(HCl)을 공급하기 위한 염산공급수단과, 저장용기(11)에 전류를 공급하기 위한 집전장치 패널(1)을 포함한다.
집전장치 패널(1)에는 교류전류를 직류전류로 변환시키는 변환기가 제공되고, 각종 펌프 및 밸브류의 제어수단과, 저장용기(11) 내 용액의 수위조절수단과, 저장용기 내 용액의 pH조절수단과, 반응시간 측정수단과, 전류세기 조정수단 등이제공되고, 이들은 스위치 절환수단을 통해 자동 또는 수동을 작동가능하다. 패널(1)에는 상술된 수단들의 작동을 제어하기 위한 제어기가 제공된다.
저장용기(11)에서의 전기이온화 반응은 집전장치 패널(1)로부터 전송되는 반응 데이타에 의해 제어되며, 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 용해 및 전기이온화 반응이 이루어진다. 이러한 저장용기(11)에는 교반기(5)와, 철재질로 제작된 그리드(3; gride)와, pH 메타(9)와, 레벨 게이지 등이 제공되며, 이들에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 저장용기(11)의 하부에는 저장용기에서의 전기이온화 반응이 완료된 용액이 배출되어 그로부터 불순물을 제거하기 위한 여과장치가 제공된다. 이러한 여과장치는 여과포(14)와 분리조(13) 등이 제공된다. 분리조(13)의 회전 원심력에 의해 용액에 함유된 이물질은 여과포(14)에 의해 걸려진다.
이하, 본 발명에 따른 환원장치의 작용을 설명한다.
먼저, 도시되어 있지 않은 도금조 내의 산화철 또는 산화물 찌꺼기는 피드 펌프(10)의 작동에 의하여 공급관(6)을 경유하여 저장용기(11)에 공급되고, 저장용기(11)에 공급된 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 용해시키기 위한 산성용액, 즉 염산은 염산저장탱크(도시하지 않음)로부터 염산공급라인(8)을 경유하여 저장용기(11)에 공급된다.
이때, 집전장치 패널(1) 내의 레벨 게이지는 용액의 수위를 감지하여 용액의 레벨이 설정치에 도달하면, 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 공급을 중단한다. 그리고, 교반기(5)를 작동시켜 저장용기(11) 내의 용액을 교반시킨다.
본 발명에 따르면, 염산용액에 의한 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 용해작용을 향상시키기 위하여 교반수단이 저장용기(11)에 제공된다. 교반수단은 저장용기(11) 외부에 제공된 교반기 모터(4) 및 모터(4)로부터 동력전달이 가능하게 저장용기(11) 내부에 제공된 교반기(5)로 이루어진다. 따라서, 모터(4)의 구동에 의하여 교반기(5)는 작동한다.
한편, 자체순환 라인, 즉 우회라인(7)을 경유하여 저장용기(11) 내의 용액을 순환시키면서 우회라인(7)에 설치되어 있는 pH 메타(9)에 의해 용액의 pH를 감지한다. 이때, 용액의 pH값이 집전장치 패널(1) 내에 설정되어 있는 pH 설정치에 도달하면, 염산의 공급을 중단한다.
예를 들어, 상술된 바와 같이, 저장용기(11)에서 염산에 의한 산화철의 이온화 반응은 하기 반응식으로 표현된다.
Fe2+ O3+ 6HCl = 2FeCl3+ 3H3O,
4FeCl3+ HCl + 2Fe = 6FeCl2+ 1/2(H2),
여기에서, 1/2(H2)는 기화된다.
한편, 산화철(Fe+3)가 주성분인 찌꺼기는 염산 성분, 즉 pH가 낮을수록 용액속의 산소량이 적어서 Fe2O3, 즉 Fe++, Fe+++형태로 찌꺼기가 상대적으로 적게 생성된다.
pH 조정이 완료된 후, 집전장치 패널(1) 내 전류 게이지의 설정치만큼, 암페어(A) 단위의 직류전류는 집전장치 패널(1)로부터 통전선(2)을 통해 저장용기(11) 내의 그리드(3)에 인가되고, 패널(1) 내의 타이머에 의하여 상기 직류전류의 극성을 가변시킨다. 이때, 발생되는 화학 반응식은 다음과 같으며, 결과적으로 산화철(Fe+3)의 생성을 방지한다.
Fe+2+ 2e-= Fe,
Fe+3+ 3e-= Fe,
Fe+3+ e-= Fe+2.
집전장치 패널(1) 내의 타이머에 의하여, 적정 시간동안 상기 과정이 반복되고, 이러한 과정이 종료되면, 저장용기(11) 하부의 배출구를 개방시켜 저장용기(11) 내의 용액을 배출시킨다.
저장용기(11)로부터 유입되는 용액은 필터모터(16)가 가동되면서, 분리조(13)의 원심력에 의해 여과포(14)에 이물질이 제거되고, 깨끗한 용액은 회수구(15)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도금용액 중의 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 환원시키기 위한 방법은 상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 용해시키는 단계와, 상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 용액에 직류전류를 인가하는 단계로 이루어진다. 이때, 상기 용액에 인가되는 직류전류의 극성은 교대로 변경시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따르면, Zn/Fe 합금용액 속의 철(Fe) 성분이 공기중의 산소와 염산의 반응으로 산화된 산화철(Fe+3)을 용해시키고 전기이온화 반응에 의해 철(Fe)과 철이온(Fe+2)으로 환원시킴으로써 산화철(Fe+3) 형태로 발생되는 찌꺼기를 감소시키고, 도금작업시 철(Fe) 함량을 적정치 이상으로 향상시켜 도금 표면에 발생되는 불량면을 감소시킨다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (7)

  1. 도금용액 중의 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 환원시키기 위한 장치에 있어서,
    상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 저장하기 위한 저장용기와,
    상기 산화철 또는 산화물의 찌꺼기를 용해시키기 위한 산성용액을 상기 저장용기에 공급하기 위한 용액공급수단과,
    상기 저장용기 내의 용액에 침지되는 한 쌍의 전극과,
    상기 전극에 직류전류를 인가하기 위한 전원공급수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산성용액은 염산(HCl)인 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저장용기 내의 용액을 교반시키기 위한 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 각각에 인가되는 직류전류의 극성은 교번적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저장용기 내의 용액을 순환시키기 위한 우회경로가 상기 저장용기에 제공되고, 상기 우회경로에는 상기 용액의 산성도를 측정하기 위한 pH 측정기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저장용기의 하부에는 상기 용액을 배출하기 위한 배출관이 장착되고, 상기 배출관의 단부에는 상기 저장용기로부터 배출되는 용액으로부터 이물질을 제거하기 위한 여과포가 내장되어 있는 필터용기가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원장치.
  7. 도금용액 중의 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 환원시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기를 용해시키는 단계와,
    상기 산화철 또는 산화물 찌꺼기의 용액에 직류전류를 인가하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기이온화 반응을 이용한 환원방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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