KR20030067421A

KR20030067421A - 유가금속과 폐 백금족 금속 회수방법 및 장치

Info

Publication number: KR20030067421A
Application number: KR1020020007618A
Authority: KR
Inventors: 김영식
Original assignee: 김영식
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-14

Abstract

본 발명은 유가금속 폐 백금족 회수을 위한 방법및 장치로서 고압 산소. 고압 LPG. 고압 아세틸렌을 이용하여 용광로에서 적정한 온도로 팔라듐(Pd) 플라티늄(Pt) 리듐(Rh) 루테늄(Ru) 이리듐(Ir) 오스뮴(Os) 등의 유가금속인 폐 백금족을 회수할수 있는 기술이다

현재의 기술로는 열야금법과 유체야금법의 회수 기술이 있다

열야금법은 유가금속인 백금족을 회수하기 위한 장비가 비싸고 고로을 계속 유지 해야되며 중단했다 재가동 할 경우에는 새로이 3.000도 이상 높은 온도을 올리려면 많은 시간과 비용이 증가되는 단점이 있으며 유체야금법은 화공 약품 사용으로 인하여 환경의 오염도가 심각하여 폐지 상태중에 있으며 법적으로 강력하게 단속중에 있다

그 밖에 신기술로 초고압의 프라즈마 방식을 현재 산.학.연 콘소시엄 형태로 국가가 관리하고 있으나 이 또한 높은 고열을 견딜만한 특수한 용광로 제작 비용이 수십억원의 초기 투자비용이 들기때문에 일반 기업들은 사업적 구상을 할수가 없다 산업 전반에 헤아릴수 없이 많은 종류의 고유가금속인 폐 백금족 금속을 제대로 회수하지 못하여 재생하지 못하여 그대로 유실되여 버리는 것이 지금의 현실이다 그리하여 국가에서는 환경에 대단히 유익한 유가금속 특히 폐 백금족을 회수하는데 기업들의 참여를 적극 권장하고 있는 실정이다

Description

유가금속과 폐 백금족 금속 회수방법 및 장치{Platinum Group Metals recyclable method and device}

본 발명은 유가금속 및 백금족 금속 회수 방법및 장치로서 이화학 제품의 각종 도가니류. 비이커형 제품과 광학 분야의 광학 렌즈. 프리즘. 내시경. 레이져와 음극 선관용 분야의 각종 교반기 .유리용 탱크.자동차의 CATALYTIC CONVERTER와 LCD 박판 유리 분야의 백금용기 유리섬유 분야의 BUSHING. 단결정 분야의 자기헤드용 FERRITE. 탄성파 소자용 전자 차폐용 등의 기술의 특성상 각종 백금족들을 사용하는 산업 분야에 수명이 다된 제품들속에 들어 있는 백금족 금속들을 회수하는 기술로서 산소와 아세틸렌과 LPG을 이용하여 고도의 압축 탱크와 용광로을 사용 유가금속및 백금족 금속을 회수 할수있는 방법과 장치에 관한 기술이다

종래에는 아직까지 일반 기업들이 회수 할수 있는 기술이 없고 현재 산.학.연 공동 콘소시엄 형태로 국가 기관에서 회수하고 있으나 폐 백금족 금속 전량 회수하지 못하여 값 비싼 귀중한 고 유가금속들을 재생하지 못하고 유실되여 버리는 결과을 초래하여 새로이 수입해야 하며 상당한 비용도 지불되여 외화 낭비가 많아 많은 기업들의 참여가 절실히 요구 된다

백금족이란?

백금족 금속(PGMs)은 루테늄(Ru), 오스퓸(Os),로듐(Rh),이리듐(Ir), 팔라듐(Pd),백금(Pt)의 6개 원소로 이루어져 있으며 금속들은 회색빛의 흰색이며, 이들 원소들의 거의 모든 화합물들을 가열하면 금속이 된다.

이들 금속들은 그물 또는 박막 형태로 ,또한 특별히 알루미늄이나 숯 같은 지체에 금속염을 흡착 시키고, 환원 시켜서 공업적인 촉매에 크게 쓰인다. 백금의 가장 많은 사용은 백금-레늄 또는 백금-게르마늄으로 알루미나 촉매에 사용하여 원유의 개질이나 백금촉매 개질에 사용되는 것이다.

팔라듐과 로듐 화합물들은 합성에 균일 촉매로 사용된다. 연소된 후 나오는 자동차 배기 가스에 이들 백금족의 화합물을 촉매로써 사용한다. 백금이나 백금의 합금들은 전기촉매에 사용된다. 팔라듐과 백금은 많은 수소가 그를 흡착할 수 있는 능력이 있다.

특히 팔라듐은 특이하게 수소가 스며들 수 있어서 확산에 의해 수소를 정제할 때 사용된다. 백금족 금속은 우수한 물리 화학적 성질, 특히 촉매 화학적 성질 때문에 공업적으로 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.

70년대 중반 이후로 자동차 산업에서는 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 감소시키기 위하여 백금, 팔라듐, 로듐등을 함유하는 촉매 반응기(Catalytic Converter)를 제조하여 왔으며, 화학 및 석유정련 산업에서도 다양한 화학물질과 석유제품을 생산하기 위해 백금족 촉매를 사용하고 있다(전문회사 발췌)

백금족금속(PGM; Platinum Group Metals)의 개요

백금족금속은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 등으로 이루어져 있으며, 다른 금속에 비해 우수한 성질을 가지고 있어 공업적으로 매우 중요한 위치를 점하고 있다. 이들은 촉매분야에서 많이 사용되고 있을 뿐만아니라, 우수한 기계적, 내화학적 성질로 인해 합금분야에서도 널리 적용되고 있다.

촉매산업을 비롯한 각종 산업분야에서의 백금족 금속 사용량이 지속적으로 늘어나고 있기 때문에, 이들에 대한 수요는 향후 오년간 급격히 증가될 것으로 보인다. 백금족 금속들은 주로 남아프리카 공화국, 미국, 캐나다, 그리고 러시아에시 생산되고 있으며, 남아프리카 공화국만이 6종 모두의 백금족 금속을 공급하고 있다.

그러나 세계 최대의 팔라듐 공급자인 동시에 세계 2위의 백금 공급자인 러시아는 국내 정치적 문제로 인해 최근 몇년간 이들 금속을 안정적으로 공급하지 못하고 있다. 그 결과, 팔라듐 및 백금의 국제가격이 급등하는 상황을 초래하였으며, 당분간 이러한 상황은 지속될 것으로 보인다. 따라서, 또 하나의 자원인 폐자재로부터 백금족 금속을 추출/회수하는 것은 매우 시의적절하며 시급히 해결되어야 할 과제라 할 수 있다.

각 백금족 금속에 대한 특성 및 수요에 대한 간단한 설명을 하면 다음과 같다.

백금(Platinum)

원소기호: Pt 원자번호: 78 질량(g/mol): 195.09

녹는점(℃): 1772 비중(g/cc): 21.4

백금은 은백색의 광택을 가지며 비교적 높은 전기 저항성을 나타낸다.

일반적으로 장신구를 제조하는데 널리 사용되며, 이 분야에서 근년 중국의 수요폭증이 주목할 만 하다. 공업적으로는 자동차 배기가스로부터 질소화합물(Nox)를 제거하기 위한 자동차 촉매에 가장 많이 사용된다.

또한, 석유화학공정 및 화학공정의 촉매제로서 그 수요가 증가하는 추세에 있다. 1999년 전세계적으로 4,870,000 oz가 생산되었으며, 남아프리카 공화국이 그 중 약 80%를 공급하였다. 같은 해 백금가격은 $340/Toz에서 $380/Toz를 유지하다가 11월에 최고 $457을 나타내었다. 2000년에 들어와서도 $450이상의 높은 가격대를 유지하고 있다.

팔라듐(Palladium)

원소기호: Pd 원자번호: 46 질량(g/mol): 106.4

녹는점(℃): 1552 비중(g/cc): 12.0

팔라듐은 높은 연성(ductility)을 지니고 있으며, 은에 가까운 색을 띈다. 예전에는 전자산업에서의 팔라듐 수요가 가장 많았으나, 자동차에 대한 배기가스 규제가 심화됨에 따라 현재는 자동차 촉매에 대한 사용량이 전체 수요량의 60%이상을 차지하고 있다. 1999년 전세계적으로 8,060,000 oz가 생산되었으며, 러시아가 그 중 약 67%를 공급하였다.

같은 해 팔라듐 가격은 $280/Toz에서 $385/Toz를 유지하다가 12월에 $444로 마감되었다.

2000년에는 러시아의 공급불안정 및 수요폭증으로 인해 2월 $700대 후반까지 가격이 상승하였다가 동년 중반에는 $600대에서 안정세를 나타내고 있다.

로듐(Rhodium)

원소기호: Rh 원자번호: 45 질량(g/mol): 102.9

녹는점(℃): 1965 비중(g/cc): 12.4

로듐은 주로 니켈과 함께 얻어지는 은백색의 금속이다. 질소화합물 저감을 위한 자동차 촉매(Autocatalyst)에 백금, 팔라듐과 함께 많이 사용되고 있다. 또한, 백금족 금속 중에서 반사성(reflectivity)이 가장 우수하기 때문에 다양한 합금의 광택제로 적용되고 있으며, 광학장치 제조에서도 그 수요를 찾아볼 수 있다.

이리듐(Iridium)

원소기호: Ir 원자번호: 77 질량(g/mol): 192.22

녹는점(℃): 2410 비중(g/cc): 22.4

이리듐은 강도가 약한 은백색 금속이다. 백금족 금속중에서 화학적 안정성이 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 주로 측정기기나 온도조절장치에 사용되고 있다. 또한, 납에 대한 저항성이 우수하여 스파크-플러그 전극 (spark-plug electrode)에 적용된다.

오스뮴 (Osmium)

원소기호: Os 원자번호: 76 질량(g/mol): 190.2

녹는점(℃): 3045 비중(g/cc): 22.2

오스뮴은 다른 백금족 금속과는 달리 청백색을 나타낸다. 오스뮴은 백금족금속 중에서 가장 높은 녹는 점과 비중을 가진 것으로 알려져 있다. 현재에는 주로 만년필 촉의 재료로 사용되고 있으며, 과거에는 전축(phonograph)의 바늘재료로도 인기가 높았다.

루테늄 (Ruthenium)

원소기호: Ru 원자번호: 44 질량(g/mol): 101.07

녹는점(℃): 2250 비중(g/cc): 12.2

루테늄은 만년필 촉 재료로서 부식 저항성을 높일 목적으로 티타늄(Titanium) 합금에 첨가된다. 또한, 귀금속 장신구를 제조하는 데 있어서 강도 증진을 위해 백금 또는 팔라듐에 대한 첨가제로 사용되기도 한다.(전문회사 발췌)

이 외에도 전자부품 및 귀금속 장신구 등 다양한 분야에서 이들 금속에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다.

이와 같이 백금족 금속은 주기율표상 제8족에 위치하고 있으며 이들 각 금속들은 상호 매우 유사한 특징을 가지고 있고 특히 높은 융점과 고온에서 화학적으로 안정되여 있어서 내 침식성 내열성 내산화성 등에 우수하며 각종 공업용 재료및 장치용. 장식용. 이화학용.요업용등의 여러 산업분야에 광범위하게 이용되는데 이 제품들의 수명이 다되여 폐기 처리할때 고 유가 금속들을 회수하여 정제하여 재활용 해야만 하는 기술적 과제가 있다

도 1은 용광로 화구에서 점화되는 불꽃 온도

도 2은 용광로 상에서 유가금속및 폐 백금족 금속의 온도별 회수방법 및 장치

도 3은 산소 아세틸린 LPG 의 초 고압 압력 탱크

도 4은 압력 탱크 상세도

도면에 주요 부분에 대한 부호 설명

10. 용광로 20. 화구 30. 안전 벨브

40. 압력계 50. 압력 스위치 60 출구

100. 오스뮴 백금족 금속 추출 과정

200. 이리듐 백금족 금속 추출 과정

300. 류테늄 백금족 금속 추출 과정

400. 료듐 백금족 금속 추출 과정

500. 플라티늄 백금족 금속 추출 과정

600. 팔라듐 백금족 금속 추출 과정

700. 산소와 혼합 가스 pipe

800. 초 고압 산소 압력 탱크

900. 초 고압 아세틸렌 압력 탱크

1000. 초 고압 LPG 압력 탱크

본 발명은 유가금속및 백금족 금속을 회수하는 방법과 장치로서 고압탱크에서 압축하여 용광로(10)에 압력산소(700) 압력 LPG(800) 압력 아세틸렌(900)을 고압으로 이동시켜 용광로 버너(20)에 점화하여 1차 1552도에서 팔라듐(600)을 회수하고 2차 1772도에서 플라티늄(500)을 회수하고 3차 1965도에서 리듐(400) 회수하고 4차 2250도에서 류테늄(300)을 회수하고 5차 2410도에서 이리듐(200) 회수하고 6차 3045도에서 오스뮴(100)을 완전히 회수하는 유가금속및 백금족에 대한 회수방법및 장치로 하는 구성이다

도1 은 고압의 혼합된 가스가 용광로에 버너(20)에 점화되여 불꽃의 백심.속불꽃 겉불꽃의 검증된 온도을 수치상으로 나타낸 불꽃온도 전개도

도2 은 도1 에서 나타낸 불꽃온도의 수치을 이용하여 각종 유가금속 백금족을 추출하는 공정도

도3 은 고압으로 압축된 고압의 산소 탱크(700) 고압의 LPG 탱크(800) 고압의 아세틸렌 탱크(900) 전개도

도4 은 압력 탱크의 상세도

상기와 같이 본 발명은 산소.LPG.아세틸렌을 고압축 하여 용광로 속에서 최고온도 3200도의 온도을 이용하여 유가금속및 각종 폐 백금족 금속들을 회수하여 산업분야. 환경분야에 재사용 하여 산업기반을 활성화 시키고 환경을 정화시키며 고 비용인 유가금속을 수입하는데 발생되는데 비용을 절감시키는데 용이한 효과가 있다

Claims

유가금속및 폐 백금족을 회수하기 위하여 산소(700) LPG(800) 아세틸렌(900) 사용하여 고압으로 압축하여 용광로(10) 보내여 버너(20)에 점화시켜 1차 팔라듐(600)을 회수하고 2차 플라티늄(500)을 회수하고 3차 리듐(400)을 회수하고 4차 류테늄(300)을 회수하고 5차 이리듐(200)을 회수하고 6차 오스뮴(100) 회수하는데 구성의 특징으로 한다