KR20030070771A - 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치에 관한 것으로, 그 구성은 전해할 폐수를 저장하는 폐수저장조와, 상기 폐수저장조 내에 입수시켜 전기분해하기 위한 것으로서, 하단부가 개방된 벽체프레임 내에 전원공급시 전기적으로 회전 가능한 회전배럴이 설치되고 그 외측에는 내부로 폐수가 유입될 수 있는 다수의 통공이 형성된 외측전극망과 그 내측에는 상호 절연된 상태로 내측전극봉이 구비되어 있는 배럴형 전해조를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 장치에 의하면, 폐수저장조 내에 배럴형 전해조를 입수시킨 후 전원공급만 하면 되므로 조작이 매우 간편하고, 폐수를 순환시킬 필요가 없는 입수식이어서 주변장치가 불필요하므로 공간 제약을 받지 않으며, 소형경량화 구조를 이루어 이동 작업성이 탁월하고, 양쪽 전극을 배럴형태로 배치하여 반응물과의 접촉면적이 넓어짐에 따라 전해 효율성을 극대화할 수 있으므로 유가금속을 신속하게 대량 분리 회수할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치{Barrel type electrolyzer for withdrawing valuable metal in waste water}

본 발명은 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치에 관한 것으로, 특히, 폐수저장조 내에 배럴형 전해조를 입수시킨 후 전원공급만 하면 되므로 조작이 매우 간편하고, 폐수를 순환시킬 필요가 없는 입수식이어서 주변장치가 불필요하므로 공간 제약을 받지 않으며, 소형경량화 구조를 이루어 이동 작업성이 탁월하고, 양쪽 전극을 배럴형태로 배치하여 반응물과의 접촉면적이 넓어짐에 따라 전해 효율성을 극대화할 수 있으므로 유가금속을 신속하게 대량 분리 회수할 수 있도록 된 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치에 관한 것이다.

최근 자원의 재활용이나 환경오염이 중요한 문제로 대두되고 있다. 예를 들면 각종 전자제품에 사용되는 회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함하는 전자부품 스크랩(scrap)이나, 화학공장에서 많이 나오는 폐 촉매 등으로부터 유가금속을 재활용하거나, 또는 도금공장이나 섬유공장 외 기타공장의 폐수와 사진현상시 발생하는 폐수 등에는 다량의 중금속이 함유되어 있으므로, 이러한 폐수들의 재활용 및 상기 폐수들로부터 회수 가치가 있는 유가금속의 효율적인 회수는, 폐자원의 가치 창출 및 환경오염 방지 차원에서 매우 중요하게 다뤄지고 있는 현안중의 하나이다.

기존에 적용되고 있는 일반적인 폐수처리방법으로는, 폐자원을 파쇄한 후 주로 산이나 알칼리 등을 용매로 하여 침출해내고, 화학적 침전 또는 전기분해를 이용하여 유가금속을 회수하는 것이다.

상기 전기분해방식은 폐수내에 함유된 유가금속이나 중금속의 회수뿐만 아니라 일반적인 무기화합물 또는 유기화합물의 처리 및 생산에서 부분적으로 사용되고 있으나, 기존의 전기분해장치에 의해서는 처리시간이 오래 걸리거나 효율이 낮았으며 장치 자체가 많은 공간을 차지하게 되는 등의 단점이 있었다.

즉, 폐수내의 반응물을 전기분해하여 최종산물을 얻기 위한 기존의 전해장치로는 사각의 전해조 내에 평행판형의 양극과 음극이 교대로 배열되어 있는 구조를 갖는 것이 가장 일반적이며, 그 이외에도 유동층 형태(fluidized-bed type), 충진 형태(packed-bed type) 및 회전원주 형태(rotating cylinder type)의 전해장치 등이 있다.

그러나, 상기 평행판 형태의 전극을 사용하는 전해장치는, 물질이동이 확산에만 의존하므로 교반이나 기체 주입 등의 방법으로 용액을 강제 대류시켜 물질이동 속도를 높일 수 있으나, 고 전류밀도로 작업하기에는 한계가 있었다.

특히, 폐수를 강제 대류시키고자 하는 경우에는 별도의 펌프가 구비되어야 하므로 장치가 대형중량화 구조를 이루어 많은 공간을 차지하게 될 뿐만 아니라, 이동 작업이 곤란하다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 유동층이나 충진층 형태의 전해장치는, 전극면적이 넓어짐으로써 반응속도를 증가시킬 수는 있으나, 기술적으로 아직 개발단계에 있어 광범위한 물질을 대상으로 하기에는 문제점이 있는 것이다.

그리고, 회전원주형 전해장치의 경우에는, 작업 자체가 주로 회분식(batch-type)인 관계로 작업을 연속적으로 수행할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 폐수저장조 내에 배럴형 전해조를 입수시킨 후 전원공급만 하면 되므로 조작이 매우 간편하고, 폐수를 순환시킬 필요가 없는 입수식이어서 주변장치가 불필요하므로 공간 제약을 받지 않으며, 소형경량화 구조를 이루어 이동 작업성이 탁월하고, 양쪽 전극을 배럴형태로 배치하여 반응물과의 접촉면적이 넓어짐에 따라 전해 효율성을 극대화할 수 있으므로 유가금속을 신속하게 대량 분리 회수할 수 있도록 된 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치는, 전해할 폐수를 저장하는 폐수저장조와, 상기 폐수저장조 내에 입수시켜 전기분해하기 위한 것으로서, 하단부가 개방된 벽체프레임 내에 전원공급시 전기적으로 회전 가능한 회전배럴이 설치되고 그 외측에는 내부로 폐수가 유입될 수 있는 다수의 통공이 형성된 외측전극망과 그 내측에는 상호 절연된 상태로 내측전극봉이 구비되어 있는 배럴형 전해조를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 배럴형 전해조의 상부에는 전원인가시 구동되는 기어박스가 설치되고, 상기 기어박스로부터 노출된 구동축상에는 구동기어가 장착되며, 상기 회전배럴의 일측 회전축상에는 상기 구동기어와 맞물려 회전하는 종동기어가 구비되어 상기 기어박스의 구동스위치의 조작에 따라 상기 종동기어가 연동되면서 상기 회전배럴을 회전시킬 수 있도록 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 회전배럴은, 그 일측단부로부터 내측으로 신장되어 있는 내측전극봉 및 이에 연결된 음극전선과, 상기 회전배럴의 외주에 씌워진 외측전극망과, 상기 내측전극봉으로부터 절연된 상태로 상기 외측전극망과 연결된 링형상의 통전휠과, 상기 통전휠이 회전할 때 간섭 없이 접촉되어 그 일측에 연결된 양극전선으로부터 상기 외측전극망이 통전될 수 있게 해주는 브러쉬형 통전대를 포함하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 브러쉬형 통전대는, 상기 벽체프레임상에 고정되고 상기 양극전선이 연결된 고정축과, 상기 고정축으로부터 좌우로 소정각도를 이루며 각각 상기 통전휠의 외주접선방향으로 신장된 한쌍의 브러쉬형 통전대와, 상기 브러쉬형 통전대의 단부에 형성되어 상기 통전휠과 슬라이딩 접촉되는 브러쉬와, 상기 각 브러쉬형 통전대에 부착되어 상기 각 브러쉬형 통전대를 상기 통전휠 쪽으로 가압하기 위한 인장스프링과, 상기 인장스프링의 장력을 조절하기 위한 장력조절나사를 포함하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 회전배럴의 일측에는 내부 세척 및 상기 내측전극봉의 표면에 전착된 유가금속을 쉽게 분리 회수할 수 있도록 착탈 가능한 개폐용 덮개를 구비함이 바람직하다.

또한, 상기 벽체프레임의 양쪽 외측의 소정 위치에는 수평방향으로 돌출 신장된 걸림대가 구비되어 상기 배럴형 전해조의 입수시 상기 폐수저장조의 개구부 둘레에 상기 걸림대가 걸려 회전배럴만 침수되도록 형성함이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치의 전체 구성을 도시한 배럴형 전해조의 입수 전 상태의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치의 결합상태를 도시한 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 배럴형 전해조의 폐수내 입수 및 처리 상태를 도시한 종단면도.

도 4는 본 발명의 배럴형 전해장치에 의한 특정 폐수의 처리 과정을 예시한 흐름도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 ; 폐수저장조 11 ; 폐수

110 ; 벽체프레임 111 ; 걸림대

120 ; 기어박스 121 ; 구동축

122 ; 구동기어 123 ; 구동스위치

124 ; 회전축 125 ; 연동기어

130 ; 배럴형 전해조 131 ; 회전배럴

131a ; 양극전선 132 ; 외측전극망

133 ; 개폐용 덮개 133a ; 통공

134 ; 브러쉬형 통전대 134a ; 브러쉬

134b ; 고정축 134c ; 인장스프링

134d ; 장력조절나사 135 ; 통전휠

136 ; 회전축 137 ; 종동기어

138 ; 내측전극봉 138a ; 음극전선

140 ; 전원공급유닛

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치의 구조를 도시한 것으로, 도 1은 상기 배럴형 전해장치의 전체 구성을 도시한 배럴형 전해조(130)의 입수 전 상태의 사시도, 도 2는 상기 배럴형 전해장치의 결합상태를 도시한 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도, 도 3은 상기 배럴형 전해조의 폐수(11)내 입수 및 처리 상태를 도시한 종단면도를 각각 나타낸 것이다.

본 발명은 폐수내의 반응물을 전기·화학적으로 산화·환원하여 목적하는 최종산물(유가금속)을 고전류 밀도하에서 신속하고 효율적으로 생산해내기 위한 배럴형 전해장치의 구조를 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치는 상기 도면에 도시된 바와 같이, 전해할 폐수(11)를 저장하는 폐수저장조(10)와, 상기 폐수저장조(10) 내에 입수시켜 전기분해하기 위한 것으로서, 하단부가 개방된 벽체프레임(110) 내에 전원공급시 전기적으로 회전 가능한 회전배럴(131)이 설치되고 그 외측에는 내부로 폐수(11)가 유입될 수 있는 다수의 통공이 형성된 외측전극망(132)과 그 내측에는 상호 절연된 상태로 내측전극봉(138)이 구비되어 있는 배럴형 전해조(130)를 포함하여서 된 구조를 이루는 것이다.

상기 배럴형 전해조(130)의 상부에는 전원인가시 구동되는 기어박스(120)가 설치되고, 상기 기어박스(130)로부터 노출된 구동축(121)상에는 구동기어(122)가 장착되며, 상기 회전배럴(131)의 일측 회전축(136)상에는 상기 구동기어(122)와 맞물려 회전하는 종동기어(137)가 구비되어 상기 기어박스(120)의 구동스위치(123)의 조작에 따라 상기 종동기어(137)가 연동되면서 상기 회전배럴(131)을 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명에서는 상기 구동기어(122)와 종동기어(137) 사이에, 상기 벽체프레임(110)에 설치된 회전축(124)을 중심으로 하여 회전되는 연동기어(125)를 개재하여 상기 회전배럴(131)의 회전속도비를 조절할 수 있도록 하였다. 그리고, 상기 구동스위치(123)는 상기 회전배럴(131)의 속도를 조절할 수 있는 가변스위치를 사용하였다.

또한, 상기 회전배럴(131)은, 그 일측단부로부터 내측으로 신장되어 있는 음극으로서의 내측전극봉(138) 및 이에 연결된 음극전선(138a)과, 상기 회전배럴(131)의 외주에 씌워진 양극으로서의 외측전극망(132)과, 상기 내측전극봉(138)으로부터 절연된 상태로 상기 외측전극망(132)과 연결된 링형상의통전휠(135)과, 상기 통전휠(135)이 회전할 때 간섭 없이 접촉되어 그 일측에 연결된 양극전선(131a)으로부터 상기 외측전극망(132)이 통전될 수 있게 해주는 브러쉬형 통전대(134)로 이루어져 있다.

이때, 상기 브러쉬형 통전대(134)는, 상기 벽체프레임(110)상에 고정되고 상기 양극전선(131a)이 연결된 고정축(134b)과, 상기 고정축(134b)으로부터 좌우로 소정각도를 이루며 각각 상기 통전휠(135)의 외주접선방향으로 신장된 한쌍의 브러쉬형 통전대(134)와, 상기 브러쉬형 통전대(134)의 단부에 형성되어 상기 통전휠(135)과 슬라이딩 접촉되는 브러쉬(134a)와, 상기 각 브러쉬형 통전대(134)에 부착되어 상기 각 브러쉬형 통전대(134)를 상기 통전휠(135) 쪽으로 가압하기 위한 인장스프링(134c)과, 상기 인장스프링(134c)의 장력을 조절하기 위한 장력조절나사(134d)를 포함하는 구성을 이룬다.

그리고, 상기 회전배럴(131)의 일측에는 내부 세척 및 상기 내측전극봉(138)의 표면에 전착된 구리 등의 유가금속을 쉽게 분리 회수할 수 있도록 착탈 가능한 개폐용 덮개(133)가 구비되어 있고, 상기 개폐용 덮개(133)의 전체 면에는 다수으이 통공(133a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 벽체프레임(110)의 양쪽 외측의 소정 위치에는 수평방향으로 돌출 신장된 걸림대(111)가 구비되어 상기 배럴형 전해조(130)의 입수시 상기 폐수저장조(100)의 개구부 둘레에 상기 걸림대(111)가 걸려 회전배럴(131)만 침수되도록 형성되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 두 개의 전극중 하나인 상기 외측전극망(132)은 양극으로 하되 저항을 줄이기 위해 망형을 이루도록 되어 있고, 또한 나머지 하나인 내측전극봉(138)은 음극으로 하여 그 표면에 유가금속이 전착되도록 구성하였으며, 상기 전극 자체가 폐수(11)내에 입수된 상태에서 임의의 속도로 회전하므로 활발한 전기분해 효과를 도모할 수 있게 된다.

여기서, 각 전극(132)(138)의 재질은 반응물질에 따라 임의로 제작 가능하며, 상기 각 전극(132)(138)은 전원의 극성을 반대로 연결함에 따라 상호 극성을 바꿔 형성할 수도 있다. 도 3의 미설명 부호 140은 전원공급유닛에 해당한다.

그리고, 상기 내측전극봉(138)은, 상기 유입 폐수(11)내에 함유된 구리 등의 유가금속을 전착시킬 수 있는 음극으로 설정하여, 전해시 환원된 유가금속의 착탈 및 분리 추출이 용이하도록 스테인레스스틸(SUS316)로 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외측전극망(132)은 양극으로 설정하여, 전해시 상기 외측전극망(132)의 열화현상을 일으키지 않도록 촉매물질로 표면 처리한 티타늄 재질의 불용성 전극으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 재질에 의해 전극의 수명을 현저히 연장시킬 수 있다.

이러한 구성에 의하여 상기 배럴형 전해장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 폐수저장조(10) 내에 입수시킨 후, 배럴형 전해조(130)에 구비된 양극과 음극에 전압을 인가하여 소정의 속도로 회전되면서 회전배럴(131) 내에 침투된 폐수(11)를 신속하고 원활히 반응시킴으로써, 어느 한쪽의 전극 표면으로 유가금속이 전착 분리되는 것이며, 이러한 과정을 소정시간동안 지속하였을 때 상기폐수(11)는 전해에 의해 정화될 수 있다. 상기 폐수(11)가 점차 희석되어 반응이 완전히 끝나면 별도 추출하여 정화된 전해수로 재 사용할 수 있게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 배럴형 전해장치에 의한 특정 폐수(전해 도금폐액)의 처리 과정을 예시한 흐름도이다.

상기 도면에 도시된 일례에서와 같이, 먼저, 폐수저장조(10) 내에 상기 전해 도금폐액을 저장하고, 그 전해 도금폐액 속으로 본 발명의 배럴형 전해조(130)를 침수시켜 회전 조작하면 음극인 내측전극봉(138)의 표면에는 구리 등의 유가금속이 전착되어 회수할 수 있게 되고, 환원된 전해수는 상기의 과정을 반응이 완전히 끝나게 되는 적정시간동안 수행하였을 때 점차 희석되며, 이를 별도 추출하면 정화된 도금액으로 재 사용할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치는, 폐수저장조 내에 배럴형 전해조를 입수시킨 후 전원공급만 하면 되므로 조작이 매우 간편하고, 폐수를 순환시킬 필요가 없는 입수식이어서 주변장치가 불필요하므로 공간 제약을 받지 않으며, 소형경량화 구조를 이루어 이동 작업성이 탁월하고, 양쪽 전극을 배럴형태로 배치하여 반응물과의 접촉면적이 넓어짐에 따라 전해 효율성을 극대화할 수 있으므로 유가금속을 신속하게 대량 분리 회수할 수 있게 되는 효과가 있다.

이는, 종래의 평판형 전해장치와 본 발명의 배럴형 전해장치에 대하여 동일 조건하에서 실시한 유가금속 회수실험을 통해, 거의 2배 이상의 속도로 유가금속을회수 처리할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 따라서, 같은 크기의 장치로 중금속이 함유된 폐수를 2배 이상 처리할 수 있게 되어 현저한 전해 효율성의 향상을 도모할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 장치에 의하면, 각 전극의 재질을 개선하여 일정 운전시간이 경화한 후에도 전극의 열화현상을 일으키지 않을 뿐만 아니라 어느 한쪽을 불용성 전극으로 형성함으로써 제품 수명을 향상시킬 수 있고, 분해 및 조립이 가능하므로 전극 표면에 전착된 유가금속의 추출 및 사용 후 세척이 용이하게 되는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 전해할 폐수를 저장하는 폐수저장조; 및

   상기 폐수저장조 내에 입수시켜 전기분해하기 위한 것으로서, 하단부가 개방된 벽체프레임 내에 전원공급시 전기적으로 회전 가능한 회전배럴이 설치되고 그 외측에는 내부로 폐수가 유입될 수 있는 다수의 통공이 형성된 외측전극망과 그 내측에는 상호 절연된 상태로 내측전극봉이 구비되어 있는 배럴형 전해조;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배럴형 전해조의 상부에는 전원인가시 구동되는 기어박스가 설치되고, 상기 기어박스로부터 노출된 구동축상에는 구동기어가 장착되며, 상기 회전배럴의 일측 회전축상에는 상기 구동기어와 맞물려 회전하는 종동기어가 구비되어 상기 기어박스의 구동스위치의 조작에 따라 상기 종동기어가 연동되면서 상기 회전배럴을 회전시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전배럴은,

   그 일측단부로부터 내측으로 신장되어 있는 내측전극봉 및 이에 연결된 음극전선과, 상기 회전배럴의 외주에 씌워진 외측전극망과, 상기 내측전극봉으로부터 절연된 상태로 상기 외측전극망과 연결된 링형상의 통전휠과, 상기 통전휠이 회전할 때 간섭 없이 접촉되어 그 일측에 연결된 양극전선으로부터 상기 외측전극망이 통전될 수 있게 해주는 브러쉬형 통전대를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 브러쉬형 통전대는,

   상기 벽체프레임상에 고정되고 상기 양극전선이 연결된 고정축과, 상기 고정축으로부터 좌우로 소정각도를 이루며 각각 상기 통전휠의 외주접선방향으로 신장된 한쌍의 브러쉬형 통전대와, 상기 브러쉬형 통전대의 단부에 형성되어 상기 통전휠과 슬라이딩 접촉되는 브러쉬와, 상기 각 브러쉬형 통전대에 부착되어 상기 각 브러쉬형 통전대를 상기 통전휠 쪽으로 가압하기 위한 인장스프링과, 상기 인장스프링의 장력을 조절하기 위한 장력조절나사를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 회전배럴의 일측에는 내부 세척 및 상기 내측전극봉의 표면에 전착된 유가금속을 쉽게 분리 회수할 수 있도록 착탈 가능한 개폐용 덮개가 구비된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 벽체프레임의 양쪽 외측의 소정 위치에는 수평방향으로 돌출 신장된 걸림대가 구비되어 상기 배럴형 전해조의 입수시 상기 폐수저장조의 개구부 둘레에 상기 걸림대가 걸려 회전배럴만 침수되도록 형성된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 배럴형 전해장치.