KR20040044443A - 아연 전해제련을 위한 수소 발생 억제 첨가제 - Google Patents

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Abstract

세틸피리디늄 염, 세틸피리디늄 클로라이드(CPC)는 통상의 아연 전해제련 공정에서 수소 발생 억제제(전류효율 향상제)로서 사용된다. a) 안티몬 그리고 b) 안티몬과 글루를 함유하는 아연 전해제련 조성물이 테스트되었다.
CPC를 전해제련액에 0.05mM 농도로 첨가함으로써 두 전해질 모두 전류효율이 증가되었다.

Description

아연 전해제련을 위한 수소 발생 억제 첨가제{HYDROGEN EVOLUTION INHIBITING ADDITIVES FOR ZINC ELECTROWINNING}
아연 석출과 동시에 일어나는, 기생적(parasitic) 수소 발생 반응의 억제에 의해 전해제련(electorwinning)의 에너지 효율 개선은 주된 기술적 상업적 관심사이다. 음극의(cathodic) 수소 발생을 최소화하는 방법의 하나는 첨가제, 일반적으로 수소 발생 과전위(overpotential)를 선택적을 증가시키는 유기화합물을 사용하는 것이다. 매키넌 등(저널 오브 어플라이드 일렉트로케미스트리, 볼륨 20, 페이지 728-736, 1990)과 스콧 등(저널 오브 어플라이드 일렉트로케미스트리, 볼륨 18, 페이지 120-127, 1988)은 첨가제 없는 전해질과 비교할 때 아연 전해제련(electrowinning)을 위한 전류 효율을 개선하기 위해 안티몬과 함께 동물성 글루(animal glue)의 사용을 설명하고 있다.
종래의 첨가제들과 같거나 그 이상의 개선된 성능을 제공하는 한 아연 전해제련(electrowinning) 중에 수소 발생을 최소화하는 개선된 첨가제가 요구되고 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래의 첨가제들과 같거나 그 이상의 개선된 성능을 제공하는 한 수소 발생을 최소화하는 아연 전해제련(electrowinning)을 위한 개선된 첨가제를 제공하는 것이다.
본 발명은 아연 전해석출을 위한 수소 발생 억제 및/또는 전류효율(current efficiency) 개선을 하는 아연 전해제련(electorwinning)용 첨가제, 특히 세틸피리디늄-베이스(cetylpyridinium-based) 첨가제에 관한 것이다.
세틸피리디늄 클로라이드(CPC), 세틸피리디늄 염은 두개의 별도의 아연 전해제련(electrowinning) 전해질 조성물, 즉 1) 안티몬을 함유하고 있는 것과 2) 안티몬과 글루(glue) 둘 다 함유하고 있는 것에서 아연 전해제련(electrowinning) 공정의 첨가제로서 테스트되었다. 글루는 동물성 글루, 특히 젤라틴이 사용된다.
CPC 첨가제는 안티몬의 존재하에 또는 안티몬과 글루(glue)의 혼합물 존재하에 가장 분명한 영향을 나타냈는데, 그 전류 효율은 각각 23.2%와 7.6% 증가하였다. 게다가, 0.05mM의 CPC 존재는 전체 전지전압을 증가시키지 못하였다.
통상의 전해제련(electrowinning) 전해질(액체)을 함유하는 통상의 비이커 테스트 전지는 전원에 연결하여 37℃의 물중탕(water bath)에 위치시켰다. 양극(anodes)와 음극(cathodes)는 각각 납과 안티몬으로 만들어졌다.
다음 조성의 전해질에 대해 표시된 MSDS 시트가 공급되었다: 황산아연 28-34 중량%, 황산마그네슘 9-15 g/l 및 망간 1.5-2.5 g/l.
테스트 전지 내부온도를 37℃로 되도록 한 다음, 450 암페어/㎡의 전해제련(electrowinning) 전류밀도를 나타내는 0.045 A의 일정 전류가 비교반 전해질에 4시간 또는 20시간 동안 가해졌다. 실험 완료후 전극 어셈블리는 유리 비이커에서 제거되었고, 증류수로 세정되고 음극(cathode) 석출물이 조심스럽게 버리고 디지털 메틀러 AE 100 분석 저울을 사용하여 4 디지트 정밀도로 칭량하였다. 테스트 전지는 미량의 유기물 첨가제를 제거하기 위해 실험 중간에 증류수와 아세톤으로 세정되었다. 복제도 또한 행해졌고 표준편차가 평가되었다.
아연 전해석출 전류 효율은 패러데이 법칙에 의거하여 계산되었다:
여기서,
CE : 아연 전해석출에 대한 전류 효율 (%)
z : 전자 교환수 [ =2 ]
F : 패러데이 수 [ 96485.3 C mol-1]
md: 아연 석출량(g)
I : 가해진 전류 [=0.045A]
t : 시간 (s)
AZn: 아연의 원자량 [ =65.39 ]
세틸피리디늄 클로라이드(CPC)(예, 시그마-알드리치사, 미국)는 다음 구조를 갖는다:
C21H38N+Cl-
실시예 1:
안티몬이 존재하는 아연 전해제련(electrowinning) 액체
0.04 mg/l 농도의 안티몬(Sb)이 안티몬 - 포타슘 타트레이트(potassium tartrate)로서 아연 전해제련(electrowinning) 전해질에 첨가되었다. 4시간과 20시간 런(run)이 실행되었다. 4시간 런(run)의 실험결과가 표 1에 요약되었다.
전해질에 CPC 첨가제가 존재하지 않는 경우, 안티몬은 전류효율상 나쁜 효과, 즉 65.1%(전지 번호 15)와 74.7%(전지 번호 14) 사이를 가졌다. 평균적으로, CPC 첨가제가 존재하지 않는 경우, 전류효율은 69.9%였다. CPC를 첨가함으로써 전류효율이 평균 23.2% 까지, 즉 69.9%에서 93.1%로 개선되었다.
0.04 mg/l Sb (Sb - 타트레이트 형태)를 함유하는 전해질에서 아연 전해제련(electrowinning)의 전류효율에 대한 CPC 효과
조건 :온도 : 37℃시간 : 4시간 전지 번호 당 전류효율(%) 평균 CE(%)
14 15
첨가제 무 74.7 65.1±1.0 69.9±6.8
CPC 0.05mM(mM=밀리몰) 93.7 92.7±2.9 93.1±0.9
긴 시간(20 시간) 실험에서 CPC 효과는 표 2에 나타냈다. CPC 첨가제가 존재하지 않는 경우, 전지번호 15의 전류효율은 단지 36.6%였고, 그 반면에 0.05mM CPC 존재의 경우 아연 전해제련(electrowinning) 전류효율은 58.9%였다. 그러므로, CPC 첨가제가 존재하는 경우, 전류효율은 22.3% 더 높았다.
전해질에 0.04 mg/l Sb를 가지는 20시간 실험에서 아연 전해제련(electrowinning) 전류효율에 대한 CPC 효과
조건 :온도 : 37℃시간 : 20시간 전지 번호 당전류 효율(%)
15
첨가제 무 36.6
CPC 0.05mM 58.9
실시예 2:
안티몬과 글루(glue) 둘 다 존재하는 아연 전해제련(electrowinning) 액체
0.04 mg/l 농도의 안티몬(Sb)과 10 mg/l의 글루(glue)(예, 미국 존스타운 소재의 허드슨 인더스트리즈가 제공한 "펄 글루(pearl glue")를 함유하는 전해질을 가지고 실시예 1과 같은 실험을 하였다. 4시간과 20시간 런(run) 둘 다 실행되었다. 4시간 런(run)의 아연 전해제련 전류 효율에 대한 CPC 첨가제의 효과는 표 3에 나타냈다.
글루(glue)의 존재는 안티몬의 부정적인 효과를 어느 정도 극소화하여 88.9%와 90% 사이의 전류 효율을 나타낸다. 그러나, 0.05mM CPC 첨가는 추가적인 전류효율의 증가, 즉 CPC 부재시 평균 89.4%에서 CPC 존재로 97%까지 증가를 가져왔다.
0.04mg/l Sb (Sb - 타트레이트 형태)를 함유하는 전해질에서 아연 전해제련(electrowinning)의 전류효율에 대한 CPC 효과
조건 :온도 : 37℃시간 : 4시간 전지 번호 당 전류효율(%) 평균 CE(%)
13 16
첨가제 무 88.9 90.0±0.9 89.4±0.8
CPC 0.05mM(mM=밀리몰) 98.3 95.8 97.0±1.8
20 시간 실험은 0.05mM 농도의 CPC가 전지 번호 16의 전류효율을 77.2%에서 87.3%로 증가시켰다.
전해질에 0.04 mg/l Sb와 10 mg/l 글루 (glue)를 가지는 20시간 실험에서 아연 전해제련(electrowinning) 전류효율에 대한 CPC 효과
조건 :온도 : 37℃시간 : 20시간 전지 번호 당전류 효율(%)
16
첨가제 무 77.2
CPC 0.05mM 87.3
전지전압은 전해제련 공정의 장점의 또다른 중요한 형태이다. 전지전압의 증가는 필요한 에너지양의 증가를 나타내고, 그 결과 열등한 유효 전해제련 공정을 나타낸다. 표 5는 Sb와 글루와 함께 0.05 mM CPC 사용은 전지전압의 증가를 일으키지 않았다.
전해질에 0.04 mg/l Sb와 10 mg/l 글루 (glue)를 가지는 4시간 실험에서 평균 전지전압에 대한 CPC 효과
조건 :온도 : 37℃시간 : 4시간 평균 전지전압(V)
첨가제 무 2.83
CPC 0.05mM 2.83
따라서, 본 발명은 예시된 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 이 설명이 본 발명의 범위를 제한하기 위해 구성되도록 의도된 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시형태 뿐만 아니라 예시된 실시형태의 다양한 변경은 이 설명을 참조하여 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 그러므로 첨부된 청구범위는 본 발명의 범위 내에 속하는 어떠한 변경이나 실시형태를 포함하는 것이다.

Claims (9)

  1. 아연 전해제련(electrowinning) 방법에 있어서, 세틸피리디늄염 첨가제를 아연 전해제련 전해질에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 아연 전해제련 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 세틸피리디늄염은 세틸피리디늄 할라이드인 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 세틸피리디늄 할라이드는 세틸피리디늄 클로라이드인 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 세틸피리디늄 클로라이드는 상기 아연 전해제련액에 0.05mM 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 아연 전해제련 전해질은 황산아연을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 아연 전해제련 전해질은 안티몬을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 아연 전해제련 전해질은 글루(glue)를 함유하는 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 글루(glue)는 동물성 글루(animal glue)인 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 동물성 글루(glue)는 젤라틴인 것을 특징으로 하는 아연 전해제련 방법.
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