KR20040040165A

KR20040040165A - 폐인쇄회로기판 및 폐촉매로부터의 귀금속 동시 농축회수방법

Info

Publication number: KR20040040165A
Application number: KR1020020068512A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 이재천
Original assignee: 한국지질자원연구원
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-05-12
Also published as: KR100528506B1

Abstract

본 발명은, 폐인쇄회로기판 및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법에 관한 것이다.

이는 특히, 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 용제와 환원제를 첨가한 뒤 고온용융하여 폐인쇄회로기판에 함유된 구리, 주석, 철 등을 환원시키고, 생선된 구리, 주석, 철합금에 폐인쇄회로기판과 자동차용 폐촉매에 함유된 금, 백금, 팔라듐을 농축 회수하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라서, 서로 다른 산업폐기물을 처리하여 금, 백금, 팔라듐등의 귀금속을 농축회수하도록 하고, 폐기물에 의한 자원의 재활용이 가능 하도록 하는 것이다.

Description

폐인쇄회로기판 및 폐촉매로부터의 귀금속 동시 농축 회수방법{A Method for Concentrating and Recovering Precious Metals from Spent PCBs and Spent Auto-Catalysts Simultaneously}

본 발명은 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법에 관한 것으로서 이는특히, 폐전기, 전자기기로부터 배출되는 폐인쇄회로기판및 폐차시에 배출되는 자동차용 폐촉매에 용제와 환원제를 혼합한뒤 고온에서 용융함으로써 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 함유되어 있는 금, 백금, 팔라듐과 같은 귀금속을 폐인쇄회로기판에 함유되어 있는 구리, 주석, 철등과 같은 금속성분에 포집, 농축하여 동시에 회수하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 회수방법에 관한 것이다.

일반적으로, 퍼스널컴퓨터등과 같은 전기, 전자기기에 탑재되어 있는 인쇄회로기판에는 금, 은, 팔라듐과 같은 귀금속 뿐만 아니라 구리, 주석, 철과 같은 유가금속이 들어있다.

그리고, 회수 대상인 귀금속의 함량은 전기, 전자기기의 종류및 생산연도에 따라 달라지지만 대략적으로 금이 200~700g/T, 팔라듐 50~150g/T이며, 구리는 5~15%정도 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 자동차 배기가스 정화용 촉매로 사용되는 귀금속은 백금, 팔라듐, 로듐등으로서, 이들은 하니컴 형태의 담체 표면에 미립자로서 일정한 비율로 분포되고 있고, 폐차시에 백금, 팔라듐, 로듐등이 함유되어 있는 자동차용 폐촉매가 발생하는데 이들의 함량은 제조회사, 차종, 생산년도에 따라 약간씩 상이하나, 대략 900~2000g/T 정도가 함유되어 있다.

한편, 국내 산업의 발달에 따라 폐인쇄회로기판및 자동차용 폐촉매 등과 같은 산업폐기물의 발생량이 급증하고 있으며, 이로인한 환경오염이 사회문제로 대두되고 있다.

그러나, 상기와 같은 폐인쇄회로기판이나 폐촉매등의 폐기물에 함유되어 있는 귀금속은, 첨단산업의 소재 원료로 매우 중요한 위치를 차지하고 있을뿐 아니라 고가로서 부가가치가 높기 때문에 폐기물로 처리하기에는 매우 아까운 자원이 아닐수 없으며, 따라서 자원재활용의 측면에서 회수되는 것이 국가 경제적으로 요구된다 할수 있으며, 이를 회수하고 재활용함으로써 촉매비용의 저감은 물론 자원의 유효이용 측면에서 대단히 유용하다고 할수 있을 것이다.

이와같은 폐인쇄회로기판및 자동차용 폐촉매등의 산업폐기물로부터 귀금속을 회수하는 방법은 크게 건식법과 습식법으로 대별된다.

이중 습식법은, 왕수 또는 염산용액으로 폐인쇄회로기판및 자동차용 폐촉매로부터 직접 침출하여 회수하는 방법으로 폐수량이 과다하게 발생하고, 귀금속 회수후 잔사처리에 어려움이 있다는 단점이 있어 귀금속 함량이 높지 않은 폐인쇄회로기판 및 자동차용 폐촉매에 적용하는데 어려움이 많다.

반면에, 건식법은 산업폐기물에 용제와 환원제를 가한 다음 고온에서 용융하여 귀금속을 회수하는 방법으로, 귀금속은 용재와 함께 투입되는 구리, 납, 또는 철과 같은 포집금속에 농축되어 회수되고, 이에의하여 폐수의 발생이 없으며, 발생하는 슬래그는 환경적인 문제가 거의없어 재활용도가 높다는 장점이 있다.

그러나, 국내에서 산업폐기물로 부터 귀금속을 회수하는데 있어서 건식법을 사용하기에는 폐기물의 발생량이 작아서 경제성을 확보하기 어렵고, 건식법에 의한 산업폐기물로부터 귀금속의 회수시 용제와 구리와 같은 포집금속을 투입해야 하며, 습식법 보다 회수율이 낮다는 단점이 있다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 귀금속을 함유하는 폐인쇄회로기판 및 자동차용 폐촉매등 서로 다른 산업폐기물을 처리함과 동시에 금, 백금, 팔라듐등 귀금속을 농축회수 하도록 하고, 폐기물에 의한 자원의 재활용이 가능 하도록 하는 폐인쇄회로기판 및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법을 제공하는데 있다.

또한, 포집금속을 별도로 첨가하지 않고 폐인쇄회로기판에 함유된 구리, 주석, 철과 같은 금속성분을 활용하고, 자동차용 폐촉매의 담체 성분을 이용하여 슬래그 형성을 위한 용제의 첨가량을 감소시키도록 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 귀금속및 슬래그 회수공정을 도시한 블록도 이다.

도2는 본 발명에 따른 귀슴속및 슬래그 회수 공정을 도시한 순서도이다.

상기 목적들을 달성하기 위해, 폐인쇄회로기판과 자동차용 폐촉매를 분쇄하여 혼합한후 환원제로서 탄소, 용제로서 알루미나, 석회, 마그네슘, 산화철, 실리카를 적절한 비율로 혼합하고, 이를 고온에서 용융하여 폐인쇄회로기판에 함유되어 있던 구리, 주석, 철과 같은 금속성분에 귀금속을 농축하여 회수하도록 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1및 도2에서와 같이 본 발명은, 국내에서 발생되는 폐인쇄회로기판과 같은 폐전기, 전자제품을 해체하여 얻어진 폐인쇄회로기판을 파쇄기로서 1㎝ 이하 크기로 파쇄한 다음, 이를 연소하여 폐인쇄회로기판의 주성분인 에폭시, 레진 등과 같은 유기성 성분을 휘발시켜 제거한다.

그리고, 폐차시 배출되는 자동차용 폐촉매를 1㎝이하의 입자크기를 갖도록 절단기등으로 파쇄한다.

계속하여, 파쇄후 연소된 폐인쇄회로기판 일정량과 파쇄된 자동차용 폐촉매를 일정량 취한뒤 여기에 용제와 환원제를 첨가하여 균일하게 혼합한다.

이때, 용제는 슬래그 형성을 위하여 투입되며, 알루미나(Al₂0₃)-석회(CaO)-마그네시아(MgO)-실리카(SiO₂)슬래그계와,

생석회(CaO)-산화철(FeO)-실리카(SiO₂)슬래그계에서 선택되는 어느 하나를 사용한다.

그리고, 용제로서 알루미나(Al₂0₃)-석회(CaO)-마그네시아(MgO)-실리카(SiO₂)슬래그계가 투입되는 경우, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매, 환원제와 용제의 투입비율은, 폐인쇄회로기판 40~70중량%, 폐촉매 10~25중량%, 용제로 마그네시아 3~6중량%, 알루미나 1~3중량%, 생석회 3~16중량%, 실리카 2~20중량%, 그리고 환원제로 탄소 7~11중량%가 투입되어 혼합되며, 상기 혼합물을 1300~1400℃의 온도에서 1시간이상 용융한다.

또한, 용제로서 생석회(CaO)-산화철(FeO)-실리카(SiO₂)슬래그계가 투입되는 경우, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매, 환원제와 용제의 투입비율은, 폐인쇄회로기판 20~30중량%, 폐촉매 5~15중량%, 용제로 생석회 15~20중량%, 실리카 10~20중량%, 산화철 25~35중량%, 그리고 환원제로 탄소 3~5중량%가 각각 투입되어 혼합되고, 이를 전기로에서 1300~1400℃의 온도로 1시간이상 용융한다.

그리고, 상기 환원제로 투입되는 탄소(C)는, 폐인쇄회로기판중 금속성분의 환원과 재산화 방지를 위하여 투입된다.

더하여, 전기로에서 용융된 원료는 로내에서 800℃의 온도까지 강제 냉각시켜 배출하고, 이때 배출된 원료는 응고된 합금상태의 금속성분과 슬래그상으로 되며, 상기 합금성분을 분리하여 귀금속을 정제 회수한다.

본 발명을 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 내지 도2에 도시된 바와 같이, 폐인쇄회로기판, 자동차용 폐촉매, 용제, 환원제등이 적정비율로 균일하게 혼합된 시료를 도가니에 투입하고, 상기 도가니를 전기로에 장입한 다음 1,300~1,400℃ 온도에서 60~180분 동안 용융시켜 폐인쇄회로기판의 구리, 주석, 철같은 금속성분에서 폐인쇄회로기판과 자동차용 폐촉매에 함유되는 금, 백금, 팔라듐등의 귀금속을 농축시킨다.

그리고, 상기와 같이 귀금속이 농축된 금속성분과 슬래그로 이루어진 용융물이 들어있는 도가니를 전기로 내에서 800℃까지 강제 냉각시킨후 도가니를 배출하여 응고된 금속성분과 슬래그를 분리하고, 농축된 금속성분에서 귀금속을 정제 회수한다.

상기 로내의 냉각온도가 800℃ 이상이나 이하이면 슬래그와 금속성분의 분리가 힘들게 된다.

이때, 상기 금속성분과 슬래그를 분리한후 귀금속이 농축된 금속성분에서 금, 백금, 팔라듐등을 정제 회수하고, 귀금속이 회수된 슬래그는 다른 귀금속 회수에 재사용 하거나 시멘트의 원료로 사용한다.

[실시예1]

알루미나(Al₂0₃)-석회(CaO)-마그네시아(MgO)-실리카(SiO₂)계을 용제로 탄소를 환원제로 사용하며, 각 시료에 대한 첨가량과 회수율은 표1과 같다.

먼저 폐인쇄회로기판및 자동차용 폐촉매를 1㎝이하로 파쇄하고, 폐인쇄로기판으로부터 휘발성 유기성분을 제거하기 위하여 파쇄한 폐인쇄회로기판 100g을 취하여 700℃온도에서 약 60분간 소각한다.

그리고, 소각한 폐인쇄회로기판 62g에 자동차 폐촉매 26.6g, 용제로 생석회 19.6g, 실리카 2.8g, 마그네시아 4.6g 그리고 환원제로 탄소 10g을 혼합하고, 이를 도가니에 투입하여 전기로에 장입하고, 전기로에서 1350℃온도로 60분간 용융을 실시한다.

계속하여, 용융이 완료되면 도가니를 전기로 내에서 800℃까지 냉각시킨후 도가니를 배출하고, 이때 응고된 금속 합금상과 슬래그를 분리하여 귀금속이 농축된 금속 합금상을 회수한다.

[표1]

구분	첨가량(g)	회수율(%)
구분	연소된 폐인쇄회로기판	자동차폐촉매	MgO	Al₂O₃	SiO₂	CaO	탄소	Au	Pt	Pd
1	62	12.0	5.22	2.47	0	13.58	10	99.9	99.8	97.9
2	62	17.4	4.35	1.15	0	15.16	10	99.7	97.9	99.6
3	62	26.6	4.64	0	2.82	19.58	10	99.7	97.8	96.7
4	62	12.0	4.39	0	5.12	3.39	10	99.4	93.3	92.5
5	62	17.4	5.22	0	11.52	5.72	10	99.8	97.1	93.2
6	62	26.6	6.93	0	26.80	9.91	10	94.2	93.7	91.7

그 결과, 폐인쇄회로기판 100g과 자동차 폐촉매 26.6g중에 들어있는 귀금속량은 금이 332g/T, 백금이 378g/T, 팔라듐이 252g/T 이었으며, 고온용융 후 귀금속이 농축된 금속합금상에 존재하는 귀금속은 금이 25.9㎎, 백금이 46.8㎎, 팔라듐이 36.7㎎ 으로서 금은 99.7%, 백금은 97.8%, 팔라듐은 96.7%가 각각 회수되었다.

이때, 용제로 알루미나(Al₂0₃)-석회(CaO)-마그네시아(MgO)-실리카(SiO₂)슬래그계가 투입되는 귀금속 회수방법의 각 시료에 대한 첨가비율은 표2와 같다.

[표2]

구분	첨가비율(%)
구분	연소된 폐인쇄회로기판	자동차폐촉매	MgO	Al₂O₃	SiO₂	CaO	탄소
1	58.9	11.4	5.0	2.3	0	12.9	9.5
2	56.3	15.8	4.0	1.0	0	13.8	9.1
3	49.3	21.2	3.7	0	2.2	15.6	8.0
4	64.0	12.4	4.5	0	5.3	3.5	10.3
5	55.4	15.6	4.7	0	10.3	5.1	8.9
6	43.6	18.7	4.9	0	18.8	7.0	7.0

[실시예2]

생석회(CaO)-산화철(FeO)-실리카(SiO₂)계를 용제로, 탄소를 환원제로 사용하며, 각 시료에 대한 첨가량과 회수율은 표3과 같다.

폐휴대폰에서 배출된 폐인쇄회로기판과 폐차시 배출되는 자동차용 폐촉매를 1㎝ 이하로 분쇄한다.

이어서, 폐인쇄로기판으로부터 휘발성 유기성분을 제거하기 위하여 분쇄한 폐인쇄회로기판 112.9g을 취하여 700℃에서 약 120분간 소각한다.

그리고, 분쇄후 소각된 폐인쇄회로기판 70g을 자동차 폐촉매 30g, 용제로 생석회(CaO) 54g, 실리카(SiO₂) 46g, 산화철(FeO) 90g, 그리고 환원제로 탄소 11.3g을 혼합하고, 이를 도가니에 투입하여 전기로에 장입한후 1350℃온도에서 60분간 용융을 실시한다.

계속하여, 용융이 완료되면 도가니를 전기로 내에서 800℃까지 냉각한후 도가니를 배출하며, 응고된 금속 합금상과 슬래그를 분리하여 귀금속이 농축된 금속합금상을 회수한다.

[표3]

구분	첨가량(g)	회수율(%)
구분	연소된 폐인쇄회로기판	자동차폐촉매	FeO	SiO₂	CaO	탄소	Au	Pt	Pd
1	80	20	91	43.1	53.9	12.9	99.6	99.7	97.7
2	70	30	90	46	54	11.3	99.8	97.9	99.0

그 결과, 폐인쇄회로기판 112.9g과 자동차 폐촉매 30g중에 들어있는 귀금속량은 금이 332g/T, 백금이 378g/T, 팔라듐이 353g/T 이었으며, 고온용융 후 귀금속이 농축된 금속합금상에 존재하는 귀금속은 금이 29.3㎎, 백금이 43.0㎎, 팔라듐이 56.1㎎ 으로서 금은 99.8%, 백금은 97.9%, 팔라듐은 99.0%가 각각 회수되었다.

이때, 용제로 생석회(CaO)-산화철(FeO)-실리카(SiO₂)슬래그계가 투입되는 귀금속 회수방법의 각 시료에 대한 첨가비율은 표4와 같다.

[표4]

구분	첨가비율(%)
구분	연소된 폐인쇄회로기판	자동차폐촉매	FeO	SiO₂	CaO	탄소
1	26.6	6.6	30.2	14.3	17.9	4.3
2	23.2	10.0	29.9	15.3	17.9	3.8

상기와 같이 국내에서 발생되는 폐PC를 비롯한 전기, 전자제품으로 부터 배출되는 폐인쇄회로기판및 자동차의 폐차시 배출되는 자동차용 폐촉매에 환원제 탄소(C)와, 용제로서 알루미나(Al₂0₃)-석회(CaO)-마그네시아(MgO)-실리카(SiO₂)슬래그계, 생석회(CaO)-산화철(FeO)-실리카(SiO₂)슬래그계를 혼합한뒤 고온에서 용융하여귀금속을 95% 이상 회수하고, 이때 귀금속을 회수한후 발생하는 슬래그는 다른 금속의 회수및 시멘트 원료로 재사용 하도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 폐인쇄회로기판에 함유된 구리, 주석, 철을 비롯한 금속성분들을 포집금속으로 이용함으로써 폐인쇄회로기판과 자동차 폐촉매로부터 귀금속을 회수하기 위한 포집금속의 추가적인 첨가가 필요 없으며, 폐인쇄회로기판에 함유되어 있는 실리카와 자동차 폐촉매의 코디어라이트성분을 용제로 활용하여 슬래그 형성을 위한 용제 투입량을 감소시키는 효과가 있는 것이다.

또한, 폐인쇄회로기판및 폐촉매에 함유되어 있는 금, 백금, 팔라듐 등 귀금속을 동시에 95% 이상 회수하고 슬래그는 재사용하는 에너지 절약 환경친화적 기술로서 서로다른 폐기물로부터 귀금속을 동시에 회수하여 자원을 재활용하도록 하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.

Claims

폐인쇄회로기판과 폐촉매를 각각 파쇄하여 혼합하는 단계;

혼합되는 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 환원제와 용제를 투입하여 혼합하고, 이를 고온용융시키는 단계;

용융되는 원료를 로내에서 일정온도까지 냉각시킨후 배출하는 단계;

배출되는 원료에서 응고농축된 금속성분과 슬래그를 분리하는 단계;및,

상기 금속성분에서 귀금속을 정제 회수하는 단계를 포함하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.
제1항에 있어서, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매를 각각 파쇄하여 혼합하는 단계는, 각각 1㎝이하로 파쇄시킨후 혼합하고, 이중 폐인쇄로기판은 휘발성 유기성분을 제거하기 위하여 파쇄한후 700℃에서 60분간 용융시킨후 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.
제1항에 있어서, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 환원제와 용제를 투입하여 혼합하고 이를 고온용융시키는는 단계는, 환원제로는 탄소가 사용되며, 용제로는 알루미나-석회-마그네시아-실리카 슬래그계와, 생석회-산화철-실리카 슬래그계에서 선택된 어느하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 환원제와 용제를 투입하여 혼합하고 이를 고온용융시키는 단계는, a)폐인쇄회로기판 40~70중량%, b)폐촉매 10~25중량%, c)용제로 마그네시아 3~6중량%, 알루미나 1~3중량%, 생석회 3~16중량%, 실리카 2~20중량%, d)그리고 환원제로 탄소 7~11중량%을 혼합하고, 1300~1400℃의 온도에서 1시간이상 용융시키는 것을 특징으로 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 폐인쇄회로기판과 폐촉매에 환원제와 용제를 투입하여 혼합하고 이를 고온용융시키는 단계는, a)폐인쇄회로기판 20~30중량%, b)폐촉매 5~15중량%, c)용제로는 생석회 15~20중량%, 실리카 10~20중량%, 산화철 25~35중량%, d)그리고 환원제로는 탄소 3~5중량%을 혼합하고, 1300~1400℃의 온도의 전기로에서 1시간이상 용융시키는 것을 특징으로 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.
제1항에 있어서, 상기 용융되는 원료를 로내에서 일정온도까지 냉각시킨후 배출하는 단계는, 로내에서 800℃까지 냉각시킨후 배출하는 것을 특징으로 하는 폐인쇄회로기판및 폐촉매로 부터의 귀금속 동시 농축회수방법.