KR20020051205A

KR20020051205A - 엣칭액 및 황산알루미늄 수처리응집제로의 엣칭공정에서발생되는 황산함유 에칭폐액의 재사용방법

Info

Publication number: KR20020051205A
Application number: KR1020000080760A
Authority: KR
Inventors: 박성국; 전희동
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-06-28

Abstract

알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 확산투석하여 엣칭액과 황산알루미늄 수처리 응집제로 재사용하는 방법을 제공하는 것으로, 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액의 알루미늄의 농도를 조절한 후, 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽영역의 유속을 600-1200 ml/m²hr로 제어하여 알루미늄 농도가 조절된 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 확산투석하고, 확산투석후 얻어지는 회수산 및 알루미늄 함유 금속폐액의 농도를 측정한 후, 회수산은 회수산중 황산의 농도를 300-450g/ℓ로 그리고 금속폐액중의 황산알루미늄 농도를 35-45g/ℓ로 조절하여 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 에칭폐액을 엣칭액과 황산알루미늄 수처리 응집제로 재사용한다. 이에 따라, 알루미늄 엣칭공정에서 발생하는 알루미늄, 황산 함유 폐액이 엣칭액과 황산알루미늄 수처리응집제로 재사용되는 것으로, 경제적 및 환경적으로 이롭다.

Description

엣칭액 및 황산알루미늄 수처리응집제로의 엣칭공정에서 발생되는 황산함유 에칭폐액의 재사용 방법{A REUSING METHOD OF WASTE SULFURIC ACID BY ETCHING PROCESS AS ETCHING SOLUTION AND ALUMINUM SULFATE COAGULANT}

본 발명은 엣칭액 및 황산알루미늄 수처리응집제로 알루미늄,황산 함유 엣칭폐액(이하, 단지 '엣칭폐액'이라 한다.)을 재활용하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 알루미늄 포일 엣칭공정에서 발생하는 엣칭폐액을 확산투석법으로 처리하여 엣칭용액 및 황산알루미늄 수처리응집제로 재사용하는 방법에 관한 것이다.

알루미늄 엣칭공정에서 발생하는 황산폐액은 보통 중화침전법으로 수처리하는 것이대부분이다. 그러나, 중화제로 사용되는 가성소다는 고가임으로 처리비용이 매우 높으며 따라서 알루미늄 엣칭공정에서 발생하는 황산폐액은 처리 곤란한 악성폐수로 취급되고 있다.

일반적으로 확산투석법은 폐산중의 유리산을 회수하여 재사용하는 방법으로 알려져 있으나 폐산에서 유리산을 분리하는 경우 회수되는 유리산과 거의 동일한 양의 금속폐액이 배출되며, 이를 다시 수처리하는 것은 경제적으로 바람직하지 않다.

한편, 알루미늄 엣칭공정에서 발생하는 황산폐액중에는 황산농도가 약 390g/ℓ이고 알루미늄 이온농도가 약 10g/ℓ수준이다. 이를 일반적인 확산투석법으로 처리하면 엣칭액으로부터 회수된 산에는 황산이 약 350g/ℓ 그리고 알루미늄이 약 1g/ℓ로 그리고 금속폐액에는 황산이 약 40g/ℓ 그리고 알루미늄이 약 9g/ℓ로 잔류한다. 그러나, 알루미늄 엣칭공정에 사용하기 위한 적정 황산농도는 400 g/l 이상으로, 회수된 산은 황산농도가 낮아서 재이용하기 위하여는 농도를 보정하여야 하며, 또한 금속폐액을 수처리응집제로 재이용하려면 알루미늄 농도가 40g/ℓ정도로 되어야 하므로 확산투석법에 의해 회수된 황산용액과 금속폐액을 바로 엣칭액과 수처리응집제로 사용하기는 곤란하다.

따라서, 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 엣칭폐액을 확산투석법으로 처리하여 회수산 및 금속폐액을 각각 재이용하기에 적정한 조건으로 제어하는 확산투석단계 및 전후단계에서의 적절한 처리방법의 개발이 요구된다.

이에 본 발명의 목적은 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄,황산 함유 엣칭폐액을 엣칭액과 황산알루미늄 수처리 응집제로 재사용하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 확산투석하여 회수산은 엣칭액으로 그리고 금속폐액은 황산알루미늄 수처리 응집제로 재사용하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 확산투석법에 의해 알루미늄,황산 함유 엣칭폐액이 황산수용액과 알루미늄 함유 폐액으로 분리되는 개략도를 나타내는 도면이며,

도 2는 알루미늄, 황산 함유 폐액과 알루미늄 폐칩을 엣칭액과 황산알루미늄 수처리응집제로 재사용하는 본 발명에 의한 방법의 공정개략도이다.

본 발명에 의하면,

알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액에 알루미늄의 농도가 30-50 g/ℓ이 되도록 알루미늄 성분을 투입하여 가열, 용해시키는 단계;

유리황산과 알루미늄 이온성분을 분리하기 위해 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽영역의 유속을 600-1200 ml/m²hr로 제어하여 알루미늄 농도가 조절된 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 확산투석하는 단계; 및

확산투석후 얻어지는 회수산 및 알루미늄 함유 금속폐액의 농도를 측정한 후, 회수산은 회수산중 황산의 농도를 300-450g/ℓ로 그리고 금속폐액중 황산알루미늄 농도를 35-45g/ℓ로 조절하는 단계;

를 포함하는 엣칭액과 황산알루미늄 수처리 응집제로 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 에칭폐액을 재사용하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생하는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액중에는 다량의 황산과 알루미늄이온이 함유되어 있으며, 적당한 방법으로 황산과 알루미늄을 분리하면 각각 유가자원으로 재사용할 수 있다는 점에서 착안된 것이다.

즉, 본 발명은 알루미늄 포일 엣칭공정에서 발생하는 엣칭폐액을 확산투석처리하여 확산투석후에 회수된 산은 황산의 농도를 조절한 후 엣칭용액으로 그리고 알루미늄이온을 함유하는 금속폐액은 수처리공정에서 사용되는 응집제로 재사용하는 경제적이며 효율적인 폐자원의 재사용방법을 제공하는 것이다.

알루미늄 엣칭공정에서 발생하는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액의 성분조성 범위 및 일반적으로 사용되는 황산알루미늄 수처리응집제의 조건은 각각 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같다.

알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생하는 에칭폐액의 성분조성

구분	H₂SO₄(g/ℓ)	Al(g/ℓ)	Na(ppm)	Fe(ppm)	Ca(ppm)	Mg(ppm)	Mn(ppm)
황산폐액	380-395	9-11	0.2	3.5	5.4	1.1	4.5

일반적으로 사용되는 황산알루미늄 수처리응집제의 조건

구분	Al₂O₃농도(Al농도)(%)	유효 pH	중화용NaOH사용량¹⁾(g/kg)	금속수산화물발생량²⁾(g/kg)	용해성³⁾(g/100ml)
		적정영역				사용영역
황산알루미늄 수처리응집제	7-8(4-5)	5-7.5	3.5-8.5	190	122	65.3

1) 수처리응집제 1kg을 중화하는데 필요한 NaOH 사용량(개략치)

2) 수처리응집제 1kg에서 발생되는 금속수산화물 슬러지량(개략치)

3) 물 100ml에 용해되는 수처리응집제의 량(개략치)

상기 표 1에서 알 있듯이 황산폐액은 다량의 알루미늄 성분을 함유함으로 엣칭액으로 사용하려면 알루미늄이온을 제거하여야 한다. 또한, 상기 표 2의 일반적으로 사용되는 황산알루미늄 수처리응집제의 조성범위에서 알 수 있듯이, 황산알루미늄 수처리응집제 사용시 적정 pH 범위는 3.5 - 8.5으로 거의 중성에 가까우나, 엣칭폐액은 황산알루미늄 수처리응집제로 사용하려면 황산의 양이 너무 많아 수처리 후, 다량의 중화제를 투입하여야 하는 문제가 있다.

나아가, 엣칭폐액중 알루미늄의 농도는 9-11 g/ℓ로 수처리응집제에 요구되는 알루미늄의 농도에 비하여 약 5배 정도 낮아서 부적합하다.

따라서, 본 발명에서는 엣칭폐액중의 황산과 알루미늄이온을 분리하여 황산용액은 엣칭액으로 그리고 알루미늄이온 함유 금속폐액은 황산알루미늄 수처리응집제로 재사용할 수 있도록, 확산투석법으로 엣칭폐액을 황산수용액과 알루미늄 함유 금속폐액으로 분리한다.

본 발명의 방법으로 황산함유 엣칭폐액을 처리함에 있어서, 먼저 엣칭폐액에 알루미늄 성분을 투입하고 가열하여 용해시킴으로서 엣칭폐액중 알루미늄 농도가 확산투석후에 얻어지는 알루미늄 함유 금속폐액중에서 알루미늄 농도가 수처리응집제의 일반적인 농도인 약 4 %(약 42 g/l)이 되도록 전처리한다.

이와 같이 엣칭폐액중 알루미늄의 농도를 황산알루미늄 수처리응집제로 사용하기 위해 요구되는 알루미늄 농도 이상으로 높인 다음 잔류 고형분을 여과하고 확산투석한다.

즉, 엣칭폐액중 알루미늄의 농도는 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 약 9-11g/ℓ정도에 불과하며, 또한 확산투석후에는 황산이 분리,제거됨으로 알루미늄 폐칩을 용해시키는 속도가 느려진다. 따라서 알루미늄의 농도를 수처리응집제로 사용가능한 농도인 30∼50 g/ℓ이 되도록 확산투석전에 엣칭폐액에 알루미늄을 첨가하여 가열, 용해한다.

이 때, 알루미늄 성분으로는 폐자원인 알루미늄 폐칩이 사용될 수 있으며, 알루미늄 폐칩은 알카리 탈지액으로 완전히 탈지하고 불순물을 제거한 다음에 사용된다.

도 1은 확산투석방법의 개념을 나타낸 개략도로서 도 1을 참조하여 알루미늄 함유 황산 엣칭폐액의 확산투석에 대하여 설명한다.

확산투석시 확산투석에 의해 얻어지는 회수 황산 및 알루미늄 함유 폐액을 각각 엣칭폐액 및 수처리응집제로 사용하기 위해 회수산 영역의 유속이 알루미늄 함유 폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽영역의 유속범위를 600-1200 ml/m²hr로 조절한다.

확산투석은 중앙의 확산투석막을 경계로 한쪽은 물을 흘려주고 다른 한쪽은 엣칭폐액을 서로 반대 방향으로 흘려주면 이 때, 막 경계면에서 일어나는 전해질의 농도차이에 의한 확산력에 의해 확산투석된다. 이런 상태로 지체시간을 충분히 주면 양쪽은 농도 차원에서 평형을 이루어 거의 동일한 농도로 된다.

그러나 확산투석막의 특수성으로 알루미늄 이온은 통과하지 못하고 황산만 통과하게 된다. 도 1의 물이 투입되는 지점은 황산농도가 제로이며 회수산으로 되어 빠져나가는 지점에서 황산의 농도는 거의 엣칭액과 동일한 수준의 농도가 된다.

반대로, 알루미늄을 함유하는 금속폐액이 빠져나가는 지점은 순수한 물이 투입되는 지점이므로 농도평형에 이를 경우 금속폐액중에는 거의 황산이 존재하지 않고 알루미늄 이온만을 함유한 상태로 배출된다.

이 때, 확산투석의 효율을 높게하고 설비의 안정성을 확보하기 위하여 또한 회수되는 황산수용액과 알루미늄 함유 금속폐액을 각각 엣칭액과 수처리응집제로 사용하기 위한 확산투석조건은 회수산 영역의 유속이 알루미늄 폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽영역의 유속범위를 600-1200㎖/m²hr로 제어하는 것이다.

즉, 확산투석기 내부의 회수산 영역에서의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 작을 경우에는 금속폐액중에 황산이 다량 존재하게 되므로 황산알루미늄 수처리응집제로 사용할 때에 표 2에서와 같이 거의 중성영역으로 처리하기 위해 중화제(NaOH)를 다량 사용하여야 하는 문제가 있다.

또한, 유속이 1400 ㎖/m²hr 이상인 경우에는 막째짐 현상이 일어나 확산투석기를 안정적으로 운전할 수 없다. 이러한 경우에 양쪽영역의 유속을 함께 높히면 막째짐 현상은 막을 수 있으나 회수산의 황산농도가 낮아진다. 유속이 400 ㎖/m²hr 이하로 낮은 경우에는 막접촉 현상이 발생하고 역시 정상적 운전이 곤란하다.

이와 달리, 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 크거나 같은 경우, 회수되는 황산과 알루미늄 함유 폐액은 각각 엣칭액 및 수처리응집제로 사용하기 적합한 물성을 갖는다. 따라서 확산투석은 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽 영역의 유속범위를 600-1200 ㎖/m²hr로 제어하는 것이 좋다.

이러한 결과는 일반적인 확산투석과는 반대되는 경향으로, 일반적인 확산투석에서는 금속폐액 영역의 유속이 높을 때, 회수산의 농도가 증가하여 산의 회수율을 높혀 주기 때문이다.

확산투석은 상기와 같은 결과를 나타내지만 실제로 완벽하게 분리하기 어려우며 충분히 분리하여 회수율을 상승시키기 위해서는 상당한 기술적 노하우를 필요로 한다.

상기 확산투석하여 얻어진 회수산과 금속폐액의 농도를 확인한 후, 회수산에서의황산농도 및 금속폐액에서의 알루미늄 농도를 각각 엣칭액 및 수처리응집제로 사용하기에 적절한 농도로 조절한다.

즉, 진한 황산을 첨가하여 회수산에서 황산의 농도는 약 300-450 g/ℓ로, 그리고 금속폐액에서 알루미늄 농도는 약 35∼45g/ℓ로 조절하고 회수산은 엣칭액으로 그리고 알루미늄 함유 금속폐액은 수처리응집제로 재사용한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 설명한다.

실시예

알루미늄 폐칩으로 알루미늄 선반 가공공정에서 생성된 0.1㎜두께의 얇은 나선형 폐칩을 사용하였다. 이를 잘게 자르고 에틸알코올에 담근 후, 초음파로 10분간 탈지한 다음 알루미늄 포일의 엣칭 공정에서 발생한 황산폐액에 투입하고 80 ℃ 로 가열하여 용해시켰다.

그 후, 실험용 카트리지 필터를 사용하여 잔류 고형물을 여과한 다음 알루미늄 폐칩이 용해 여과된 황산폐액중 Al의 농도는 43 g/l 그리고 H₂SO₄의 농도는 390g/l이 되도록 황산폐액을 전처리한 후, 하기 표 3과 같은 조건으로 확산투석기의 유속을 조절하여 확산투석하였다.

확산투석기로는 일본 Tokuyama Soda Co.사의 TDS-2 모델을 그리고 이온교환막으로는 NEOSEPTA AFX를 사용하였다.

확산투석시험은 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 회수산 영역 및 금속폐액 영역에서의 유속을 변화시켜가면서 황산폐액을 확산투석하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

알루미늄함유 황산폐액(Al 43 g/l, H₂SO₄390 g/l)의 확산투석시험 결과

확산투석기 내부유속 (㎖/m²hr)	처리용액 농도 (g/ℓ)	문제점
	회수산 영역		금속폐액영역	회수산	금속폐액
	회수산 영역		금속폐액영역	Al	H₂SO₄	Al	H₂SO₄
비교예1	400	600	-	-	-	-	막접촉 발생 및투석기 운전곤란
비교예 2	600	400	-	-	-	-	막접촉 발생 및투석기 운전곤란
발명예 1	600	600	2.6	354	39.3	36	양호
비교예3	600	800	2.3	371	39.9	67	금속폐액중 황산량과다로 중화제다량 소요
비교예4	600	1000	1.9	379	40.1	86
비교예5	600	1200	1.7	385	40.2	105
비교예6	600	1400	-	-	-	-	투석기 운전곤란막째짐 발생
발명예 2	600	600	2.9	353	39.1	38	양호
발명예 3	800	"	2.5	329	39.1	27	양호
발명예 4	1000	"	1.9	302	40.3	21	양호
발명예 5	1200	"	1.4	300	38.5	10	양호
비교예 8	1400	"	-	-	-	-	투석기 운전곤란막째짐 발생
발명예 6	800	800	2.5	348	39.5	45	양호
발명예 7	1000	"	2.1	330	39.6	36	양호
발명예 8	1200	"	1.8	314	37.7	24	양호
비교예 9	1400	"	1.7	247	38.2	16	회수산농도 저조
발명예 9	1000	1000	2.8	331	39.3	54	양호
발명예 10	1200	"	2.2	298	38.8	46	양호
비교예 10	1400	"	1.9	234	38.7	38	회수산농도 저조
비교예 11	1600	"	1.2	232	37.9	23	회수산농도 저조
비교예 12	1800	"	-	-	-	-	막째짐 발생

표 3에서 알 수 있듯이 확산투석조건에 따라 분리된 회수산 및 알루미늄 함유 금속폐액을 재사용하는 데 있어서 적합 혹은 부적합으로 나타났으며, 확산투석단계에서 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 높아야 하고 양쪽 영역의 유속 범위는 600 이상 1200 ml/m²hr로 제어하는 경우, 얻어진 회수산중의 산농도는 엣칭액으로 사용 가능한 농도범위(300-400 g/l)에 해당하며 또한 금속폐액중의 알루미늄이온 농도가 수처리응집제로 사용 가능한 농도범위(35-43 g/l)에 만족하고 그리고 막접촉 및 막째짐이 발생하지 않고 금속폐액에 다량의 황산이 함유되지 않은 것으로 산세액과 수처리응집제로 사용하기에 적절함을 나타낸다.

본 발명의 방법에 의해 알루미늄 산세공정에서 발생하는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 엣칭액 및 수처리응집제로 재이용하게 된다. 따라서 종래 폐산의 수처리에서 소요되는 높은 처리비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 나아가 폐자원을 유가자원으로 재이용할 수 있다.

또한, 종래 수처리에서 발생하는 슬러지 매립문제를 해소할 뿐만 아니라 처리 곤란한 중금속 악성폐산액에 의한 2차 오염을 방지할 수 있고 환경적측면에서도 이롭다.

Claims

알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액에 알루미늄의 농도가 30-50 g/ℓ이 되도록 알루미늄 성분을 투입하여 가열, 용해시키는 단계;

유리황산과 알루미늄 이온성분을 분리하기 위해 회수산 영역의 유속이 금속폐액 영역의 유속보다 크거나 같게 그리고 양쪽영역의 유속을 600-1200 ml/m²hr로 제어하여 알루미늄 농도가 조절된 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 확산투석하는 단계; 및

확산투석후 얻어지는 회수산 및 알루미늄 함유 금속폐액의 농도를 측정한 후, 회수산은 회수산중 황산의 농도를 300-450g/ℓ로 그리고 금속폐액중의 황산알루미늄 농도를 35-45 g/ℓ로 조절하는 단계;

를 포함하는 엣칭액과 황산알루미늄 수처리 응집제로 알루미늄 포일의 엣칭공정에서 발생되는 알루미늄, 황산 함유 엣칭폐액을 재사용하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 성분은 폐알루미늄칩임을 특징으로 하는 방법.