KR20050037994A - 에칭폐액 또는 폐산의 처리방법에 있어서, 용매추출법을 통하여 산을 회수하는 공정에서 세정을 통하여 보다 정제된산을 회수하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 또는 반도체 제조공정에서 배출되는 에칭폐액에서 추출제를 사용하여 산(酸)을 회수하여 재사용하는, 에칭폐액으로부터의 용매추출법을 통한 산 분리 및 회수공정에 있어서의 여러공정 중, 추출제를 사용하여 산이 추출된 유기상을 만들고 이를 탈거함으로써 산을 회수분리하는 공정에 있어 탈거 전에 세정(洗淨)공정을 거침으로써, 보다 정제된 산(酸)의 회수가 가능한 것과 관련된 기술이다.

다시말해, 정제된 산을 회수하기 위하여 산이 추출된 유기상에 물을 사용하여 탈거를 행하기 전에 세정(洗淨)작업을 거치는 새로운 산(酸) 회수분리 공정에 관한 것이다.

기존에는 별도의 세정 공정없이 물을 이용하여 탈거함으로써 회수된 산의 순도가 높지 못하였다. 본 발명에 따른 탈거 전(前) 세정 방법은 산이 세정 작업을 통하여 정제되기 때문에 실용적인 산(酸) 회수분리가 가능한 잇점을 지니고 있다.

본 발명에 따른 세정공정을 통하여 정제된 산으로 회수하는 공정은 탈거전에 세정작업을 통하여 보다 정제된 산을 얻을 수 있기 때문에, 회수한 산을 재사용하기가 용이하며, 비용이 절감되어 경제적인 실효성을 지니며, 불순물이 제거된 보다 정제된 산 회수분리가 가능하다는 장점도 아울러 지니고 있다.

Description

에칭폐액 또는 폐산의 처리방법에 있어서, 용매추출법을 통하여 산을 회수하는 공정에서 세정을 통하여 보다 정제된 산을 회수하는 방법{Application of scrubbing process for “method for treating of etching waste acid or waste acid”}

액정(LCD) 또는 반도체 제조공장에서 에칭공정은 필수적 공정이다. 그러나 이때 사용하고 남은 에칭폐액의 처리는 가장 난제중의 하나이다.

에칭폐액의 가장 효과적인 처리방법 중의 하나는 폐산으로부터 산을 분리 및 회수하여 재활용하는 방법이다.

에칭폐액의 재활용방법으로는 중화법, 역삼투압법, 막분리법, 이온교환법 등의 다양한 에칭폐액 처리기술이 있다. 이러한 기술들은 환경오염의 소지가 있고 고비용 구조이며, 산의 회수율이 높지 못한 단점들을 지니고 있다.

에칭폐액을 처리하는 가장 효과적인 방법중 하나는 각종 추출제를 사용하는 용매추출방법이다.

용매추출법은 달리 "액-액 추출법"이라고도 불린다. 어떤 목적성분은 유기용매에 높은 용해도를 가지며 동시에 그 선택도도 높게 되어 여러 혼합물(화합물) 사이에 분리를 가능하게 한다. 분리하려고 하는 목적성분은 보통 수용액중에 포함되어 있으므로 추출제는 물에 용해도가 극히 적은 유기용매를 사용한다. 이와 같은 수용액과 유기용매를 잘 혼합시킨 다음 정치해 두면 수용액상과 유기용매상이 밀도차이에 의해 상하로 분리되고 이때 목적성분은 2상 사이에서 일정한 비율로 분배된다. 목적성분이 수상에서 유기상으로 이동할 수 있는 조건을 선택하여 추출(extraction)을 실시한다. 추출된 성분을 품고 있는 유기용매를 적당한 수용액을 선택하고 적당한 조건을 유지하면 목적성분이 다시 수용액으로 돌아오는데 이를 탈거(stripping) 또는 역추출(back-extraction)이라 부른다.

이와 같이 추출-탈거공정에서 유기용매의 적당한 선택과 수상간의 부피비를 달리하여 혼합함으로써 목적성분을 분리 및 농축시킬 수 있다. 또한 탈거된 유기용매는 다시 추출에 재사용되므로 처리비용도 매우 저렴하다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 각종 산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 폐액과 추출제와 희석제가 혼합된 유기상을 소정의 농도비가 되도록 접촉시키고, 균일하게 교반한 다음 정치하여 각종 산 또는 이들의 혼합물을 함유한 추출상을 함유한 추출잔상(raffinate)으로 분리하는 상 분리 공정과 상기 각종 산이 추출된 유기상을 탈거함으로써 각종 산을 회수하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 기존의 용매추출법을 이용한 에칭폐액의 처리방법은 정제된 산을 회수하기 위하여, 산이 추출된 유기상에 물을 이용하여 탈거를 행하는 공정으로 구성되어져 있을 뿐, 별도의 세정공정은 포함되어 있지를 아니한 것이 보편적인 현실이다. 기존의 세정을 통하지 아니하고 탈거만을 행하는 공정은 정제된 산의 회수분리가 어렵고, 탈거를 위하여 계속 물을 주입하여야 하는 문제점이 있어 불편함과 고비용 구조라는 단점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 추출제를 이용한 에칭폐액의 처리공정에서 기존에는 정제된 산을 회수하기 위하여 산이 추출된 유기상에 물을 이용하여 탈거만를 행하던 방식에서 탈피하여 탈거전에 세정공정을 통하여 보다 정제된 산의 회수분리가 가능한 방법을 개발한 것이다.

본 발명은 세정을 통하여 보다 정제된 산의 회수분리가 가능하고, 세정을 위하여 투입한 세정제를 재활용할 수 있는 장점을 지니며, 효과적으로 산을 회수하여 재활용할 수 있으며, 저비용으로 실용성 높은 산의 회수분리가 가능한 장점을 아울러 지니고 있다.

본 발명은 추출제를 이용한 용매추출법을 통한 에칭폐액의 처리공정에서 기존에는 정제된 산을 회수하기 위하여 탈거만을 행하던 공정에서 벗어나 탈거전에 세정공정을 통하여 보다 정제된 산의 회수분리를 이루고자하는 새로운 산의 회수분리 공정에 관한 것이다.

본 발명에 따른 세정공정을 살펴보기 전에, 먼저 추출제를 이용한 용매 추출법으로 에칭폐액을 처리하는 처리공정에 관하여 살펴볼 필요성이 있겠다.

액정 또는 반도체 등의 제조공장에서 배출되는 여러 산이 혼합된 에칭폐액에서 각종 산을 추출제(extractant)로 추출하여 분리하는 방법을 용매추출방법이라고 한다.

이때 추출제를 무엇으로 사용하느냐에 따라 다양한 용매추출법이 존재한다.

추출(抽出, extraction)이란 액체의 용매를 사용해서 고체 또는 액체 속에서 어떤 특정한 물질을 용해·분리하는 조작을 의미한다.

혼합물속에서 속에서 산·알칼리에 의한 반응 또는 킬레이트생성과 같은 화학반응에 의해서 추출하거나 용매만 이용하여 추출한다. 고체에서 추출하는 경우를 고-액추출(固液抽出), 액체에서 추출하는 경우를 액-액추출(液液抽出)이라 하며, 고-액추출을 침출(浸出)이라 할 때도 있다. 실험실에서는 각종 분리·정제(精製) ·분석 등에 이용되고 있는데, 고체에서 추출하는 데는 속슬렛(Soxhlet) 추출기, 액체에서 추출하는 데는 분액깔때기 등을 사용하며, 용매로는 물·알코을·에테르·석유에테르·벤젠·아세트산에틸·클로로포름 등이 사용된다. 추출은 공업적으로도 분리·정제의 중요한 수단으로, 페놀·니트로벤젠·프로판과 같은 용제추출(溶劑抽出)에 의한 윤활유의 정제, 적당한 유기용제(有機溶劑)를 사용한 콩으로부터의 콩기름의 추출 등이 그 예이다.

에칭폐액에서 추출제를 사용하여 산을 회수하는 공정은 액-액 추출에 속한다.

용매추출법(溶媒抽出法, solvent extraction)이란 고체 또는 액체에 적당한 용매를 가하여, 그 용매에 가용성 성분을 녹여내는 분리법이다. 물·산·염기·알코올·아세톤·에테르·석유에테르·벤젠·아세트산에틸·클로로포름·사염화탄소·메틸이소부틸케톤(MIBK)·인산삼부틸(TBP) 등의 용매를 목적에 따라 사용한다. 단순히 용해시키는 것이 아니라 목적물질을 녹기 쉬운 형태로 화학변화시키면서 추출하는 경우도 있다. 벤진에 의한 옷의 얼룩빼기도 용매추출의 일종이다. 고체에서 추출을 하려면 속슬렛추출기를 사용하며, 용매를 증류하면서 연속적으로 추출을 진행시키는 경우가 많다. 액체에서 추출하려면 그 액체와는 섞이지 않는 액체를 추출제로 삼아, 분액깔대기를 사용하며 두 액상(液相) 사이의 분배평형에 의해 분리한다. 이런 조작을 연속적·자동적으로 진행시키는 향류분배는 조성이 복잡한 천연물 시료에서 미량성분을 분리·정제하는 데 이용된다.

에칭폐액의 처리방법중 용매추출법을 이용한 산의 회수공정을 살펴보면 다음과 같다.

추출제는 희석제를 이용하여 희석하여 사용하는데, 추출제와 희석제를 일정한 비율로 혼합된 것을 사용한다.

이때, 상기 추출제는 선택적으로 산을 추출하지 않고, 추출잔류물(raffinate)에 남게 하는 역할을 하며, 추출제가 함유된 유기상층으로 산이 폐액으로부터 추출되게 된다.

추출공정과 탈거공정에서는 연속식 향류 다단 접촉 방법(continuous countercurrent multi stages operation)을 사용하는 데, 이때 향류 다단 접촉 방법의 단수결정은 폐액의 수용액상과 추출제의 유기상을 상비에 따라 접촉시켜 평형을 이루게 한 다음, 추출된 추출상(유기상)에 물을 이용하여 평형을 이루게 한 다음, 추출상으로부터 산을 탈거하여 수용액상의 산의 농도와 추출제에 잔류한 유기상의 산(酸)의 농도를 측정하여 탈거등온곡선을 그린 다음, 멕케이브-티일레(McCabe-Thiele) 방법에 적용하여 최적의 추출 및 탈거에 필요한 산(酸) 분리 공정과 산(酸) 회수 공정의 이론소요단수를 구한다.

상술한 바와 같이 용매추출법을 이용한 산의 회수공정에서는 탈거공정(S23)이 필수 공정이다. 그러나 탈거공정(S23) 이전에 세정공정(S22)을 행할 경우, 추출상으로부터 보다 정제된 산을 손쉽게 회수할 수 있다.

그 공정을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

추출공정(S21)을 거친후 나온 유기상에 최초에는 별도의 고순도산을 투입하여 세정을 행한다. 이때 세정액으로 사용되는 고순도의 산의 종류는 탈거후 회수 및 분리하고자 하는 산과 동일한 종류를 사용한다. 예를 들어 인산을 회수 및 분리하고자 할 경우에는 인산을 세정공정(S22)에 투입하고 질산이나 초산을 회수 및 분리하고자 할 경우에는 질산 및 초산을 세정액으로 투입한다.

최초세정을 거친 유기상은 탈거공정단계(S23)로 넘어간다. 물로 탈거를 행하면 고순도의 분리 및 회수된 산을 얻을 수 있다. 이렇게 탈거공정(S23)을 거쳐 발생한 고순도의 산을 일부는 다시 세정공정(S22)에 투입한다. 세정공정(S22)에 다시 재투입하는 일부의 회수 및 분리된 산을 제외한 나머지의 대다수 회수 및 분리된 산은 다시 에칭 및 다양한 용도로 재사용할 수 있다.

이렇게 탈거후 발생하는 고순도의 회수 및 분리된 산을 재사용하여 세정공정(S22)을 연속반복하면 보다 정제된 산의 회수 및 분리가 가능하다. 그리고 세정후 발생하는 세정잔액은 산 추출공정(S21)으로 재투입되어 처리되므로 폐수의 발생이 전혀 없다.

세정공정(S22)은 물로 탈거후 발생하는 분리 및 회수된 고순도의 산을 이용하여 이루어지므로 별도의 세정제를 구비할 필요성이 없는 장점을 지니고 있다. 이때 세정제는 연속반복하여 행하며 세정공정(S22)을 많이 거칠수록 더욱 정제된 산의 회수 및 분리가 가능하다.

일반적으로 10단~15단 정도의 연속세정 공정이 적합하며, 이를 통하여 보다 정제된 산의 회수분리가 가능하여 진다.

세정할 때, 세정제로 사용되는 탈거공정을 거쳐 나온 고순도의 분리 및 회수된 산은 그 농도의 조절이 필요하다.

추출공정(S21)을 거쳐 세정공정(S22)으로 이동하는 산(酸)과 유사내지 동일한 농도로 조절한 세정제를 투입하여야만 세정공정(S22)에서 보다 정제된 산을 얻을 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 세정공정(S22)은 탈거만을 통하여 산을 회수할 경우, 산의 순도가 떨어지는 단점을 극복하고, 보다 정제된 산을 쉽게 회수하기 위한 공정인 것이다.

세정공정(S22)에 사용되는 세정액은 탈거후 분리회수된 고순도 산의 일부를 사용하므로 별도의 세정액을 구비할 필요성이 전혀 없다. 그리고 세정후 발생하는 세정잔액은 산 추출공정으로 재투입되어 처리되므로 폐수의 발생이 전혀 없다는 장점을 아울러 지니고 있다.

그리고 세정공정을 탈거후 발생하는 고순도 산만을 활용하여 연속반복하여 행할 수도 있지만, 탈거후 발생하는 산을 일부 활용하고 나머지는 별도의 고순도 산을 사용하여 이 두가지(탈거후 발생하는 고순도산+별도의 고순도산)를 동시에 활용하여, 세정공정을 반복하여도 보다 정제된 산의 회수 및 분리가 가능하다.

이상과 같이 본 발명은 각종 산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 에칭폐액에, 각종 추출제를 사용한 용매 추출법을 사용하여 정제된 산을 회수하여 재활용하는 공정에 있어서, 산이 포함된 추출상에서 탈거를 행하여 정제된 산을 회수하고자 할 때, 탈거공정 이전에 세정공정을 거침으로써, 보다 실용성 높은 정제된 산을 회수하여 재활용할 수 있으며, 아울러 처리비용도 절감할 수 있는 방안이다. 또한 추출제를 재사용할 수 있는 장점도 아울러 지니고 있다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허등록청구범위에 속한다 할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 정제된 산을 회수하는 공정에서 세정 및 탈거공정을 포함한 전체적인 시스템의 흐름을 나타낸 그림이다.

도2는 에칭폐액으로부터 추출제를 사용하여 산을 회수하는 용매추출방법중 일례로서, 세정공정을 추가한 전체 흐름을 나타낸 공정도이다.

Claims (2)

1. 각종 산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 에칭폐액과 추출제와 희석제가 혼합된 유기상을 소정의 농도비가 되도록 접촉시키고, 균일하게 교반한 다음 정치하여 각종 산 또는 이들의 혼합물을 함유한 유기상과 추출잔상(raffinate)으로 분리하는 상 분리 공정과 상기 산이 추출된 유기상을 탈거함으로써 산을 회수하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭폐액의 처리방법 중,

   산이 추출된 유기상을 탈거하기 전에 세정함으로써, 보다 정제된 산을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 최초에는 별도의 고순도산을 이용하여 세정을 하고 그 이후부터는 탈거후 발생하는 고순도산을 이용하여 반복하여 세정을 행함으로써 보다 정제된 산의 회수를 가능하게 하는 방법
2. 제 1항에 있어서,

   산이 추출된 유기상을 탈거하기 전에 세정함으로써, 보다 정제된 산을 회수하는 방법에 있어서, 최초에는 별도의 고순도산을 이용하여 세정을 하고 그 이후부터는 탈거후 발생하는 고순도산과 별도의 고순도산을 서로 혼합하고, 이를 사용하여 반복하여 세정을 행함으로써 보다 정제된 산의 회수를 가능하게 하는 방법