KR20100036672A

KR20100036672A - Ｂｉ-ＭＲＴ 시스템의 수지 컬럼

Info

Publication number: KR20100036672A
Application number: KR1020080096010A
Authority: KR
Inventors: 홍흥기
Original assignee: 엘에스니꼬동제련 주식회사
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-08
Also published as: KR101013699B1

Abstract

Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼(100)은 급액되는 전해액의 압력을 분산시키도록 원주방향으로 복수의 분사노즐이 설치되는 분배기(distributor)(110)와, 부력에 의해 아래쪽의 수지에 가해지는 압력을 완충시키는 PP 비이드(Polypropylene bead)(120)와, PP 비이드(120)보다 비중이 커서, PP 비이드(120)와의 경계부분을 생성하는 상부 글래스 비이드(130)와, 상부 글래스 비이드(130)가 아래로 빠지는 것을 방지하는 여과망(140)과, 수지가 압력 및 유동에 의해 파쇄되는 것을 방지하고자 2차 충격방지기능을 수행하도록 구멍이 무수히 뚫려 있는 가공판(150)과, 비스무트(Bi)를 흡착하기 위한 Bi-MRT 수지(160)와, 미세한 수지가 유출되지 않도록 1차적인 스크린기능을 수행하는 하부 글래스 비이드(170)와, 수지(160)와 하부 글래스 비이드(170)의 유출을 방지하도록 최종 스크린기능을 수행하는 여과프레임(Strainer)(180)이 상부로부터 순차적으로 적층되므로 수지의 유출을 방지하고, 수지 컬럼의 내부 압력을 3 kgf/cm² 이하로 유지하여, 압력에 의해 Bi-MRT 수지가 파쇄 되어 그 기능이 상실되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

Bi-MRT, 수지 컬럼, 적층 구조

Description

Ｂｉ-ＭＲＴ 시스템의 수지 컬럼{BISMUTH RESIN COLUMN OF A MOLECULAR RECOGNITION TECHNOLOGY SYSTEM}

본 발명은 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼(Resin Column)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동광석으로부터 99.993%의 전기동을 생산하는 제련과정 중의 동 전해 공정시, 전해액에서 특정 이온인 Bi를 선택적으로 제거하는 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼 내부에 충진되는 MRT 수지를 보호하기 위해 공정 중 압력을 최소화할 수 있는 구조로 설계된 수지 컬럼(Resin Column)에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 동 광산에서 원광 상태의 광물 조성에 따라 건식 방법과 습식 방법에 의해서 동이 금속으로 회수 되는 데 동광산에서 생산되는 광석은 크게 산화광, 황화광 및 황동광으로 구성되며, 3가지 종류의 광석 모두는 크러싱(Crushing)과정을 거치는 데 산화광은 힙 침출(Heap Leaching) 및 SX/EW 과정을 거쳐 전기동을 제조하며, 황화광과 황동광은 그라인딩(Grinding) 및 부상(Floatation)과정을 거쳐 제련(Smelting) 및 전해정련(Electro-Refining)을 거치는 건식공정과 침출-SX/EW의 습식공정으로 구분된다. 이 중 건식공정은 제련(Smelting)을 통해 Cu 99.5%의 조동(Anode)를 생산하고, 전해정련(Electro- Refining) 공정에서는 조동(Anode)을 양극으로 하고 스테인레스 스틸 판(Stainless Steel Plate)를 음극으로 하여 전해액(CuSO₄ 수용액)에서 전류를 통하여 전기분해를 통해 99.99%이상의 전기동(Electric Copper Cathode)을 생산하게 된다.

전기분해과정중에 양극에 포함된 Cu 이외의 불순물을 전해액 중으로 용출되어 전해액 중 불순물 농도가 높아지면 전기동에 전기적, 기계적으로 혼입되어 전기동의 품질을 악화시킨다. 특히 불순물중 Bi(비스무트)의 경우 전기동 중 허용함량이 2ppm 미만으로 LME Grade A의 규격이 정해질 만큼 엄격한 관리가 필요하며, 전해액 중 Bi는 고 전류밀도하에서 드물게 직접 전기동에 전착 될 가능성이 있으며, 대부분은 As(비소, arsenic)와 반응하여 비스무트 비산염(Bismuth Arsenate) (Bi₂O₃.As₂O₅)를 형성하여 부유 점액(Slime)을 발생시켜 상부혹 발생의 종자(Seed)로 작용하여 전기동품질을 악화시키게 된다. 따라서, 전기동품질을 확보를 위해서는 전해액으로 부터 Bi를 지속적으로 제거하여야 한다.

전해액중 Bi 의 제거 방법으로는 Pb(납) 조동(Anode)을 사용하여 전해채취를 통해 제거하는 방법, 켈레이트 수지(Chelating Resin)에 의한 흡착, 솔벤트 추출법(Solvent Extraction)을 이용하는 방법, 분자인식기술(MRT, Molecular Recognition Technology)의 SL-83 수지를 이용하는 방법 등이 있다.

이 중, SL-83 수지는 미국 IBC Advanced Technologies, Inc.에서 개발한 분자인식기술(Molecular Recognition Technology)을 이용한 물질의 상품명으로서, 이 물질(Molecular Recognition Ligand or Macro Cyclic Ligand)은 특정양이온에 대한 선택적 흡착능력을 가지며, 로딩(loading), 용리(elution) 및 세척(washing)의 반자동화 과정을 통해 Bi를 제거하게 된다. 또한 생성물은 Bi-설페이트(Sulfate) 형태로써 정제를 통해 Bi 금속(Metal)을 생산할 수 있기 때문에 판매를 통한 수익창출이 가능하다. 즉, SL-83 수지를 사용하는 방법은 제거생성물의 판매에 의한 수익이 발생하여 전체적인 공정비용이 감소되므로 경제적인 방법으로 인식되고 있으며, 당사에서 최초로 SL-83 수지를 IBC 로부터 공급받아 자체기술로 필요 설비를 구체화 및 상세 설계를 하여 Bi 제거공정을 상용화 하였다.

이상과 같이 전해액 등의 유체로부터 목적금속을 분리 제거하는 분자인식기술(MRT)을 상용화한 MRT 시스템은 펌프, 탱크, 수지 컬럼 등의 설비가 필요하며, 로딩, 용리, 침전, 여과의 공정을 통한 반자동 시스템으로 목적금속을 분리하고 있다. 이러한 MRT 시스템의 핵심은 MRT 수지가 충진되는 수지 컬럼으로, 이 수지 컬럼은 그 내부에 충진되는 MRT 수지가 쉽게 깨지는 성질(brittle) 이 있어 압력에 매우 취약하므로, 이를 보호하기 위해 전해액 로딩 및 용리(elution) 공정 중 압력을 최소화할 수 있는 구조로 설계되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 수지의 유출을 방지하면서도 내부의 압력을 최소화할 수 있고, 더구나 상부에 압력이 집중되지 않도록 설계된 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼은 급액되는 전해액의 압력을 분산시키도록 원주방향으로 복수의 분사노즐이 설치되는 분배기(distributor)와, 최종 스크린기능을 수행하는 여과프레임(Strainer)이 상부와 하부에 각각 설치된다.

분배기와 여과프레임사이에는 부력에 의해 아래쪽의 수지에 가해지는 압력을 완충시키는 PP 비이드(Polypropylene bead)와, PP 비이드보다 비중이 커서, PP 비이드와의 경계부분을 생성하는 상부 글래스 비이드와, 상부 글래스 비이드가 아래로 빠지는 것을 방지하는 여과망과, 수지가 압력 및 유동에 의해 파쇄되는 것을 방지하고자 2차 충격방지기능을 수행하도록 구멍이 무수히 뚫려 있는 가공판과, 목적금속을 흡착하기 위한 MRT 수지와, 미세한 수지가 유출되지 않도록 1차적인 스크린기능을 수행하는 하부 글래스 비이드가 순차적으로 적층된다.

수지 컬럼의 내부 압력은 3 kgf/cm² 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수지 컬럼(Resin Column) 밖으로의 수지의 유출을 방지하고, 채널링(Channeling) 현상을 최소화하며, 압력에 의한 수지의 파쇄를 방지하여 Bi 제거 기능을 효과적으로 유지할 수 있도록 함으로써 SL-83 수지를 이용한 Bi-MRT 조업이 정상적으로 이루어 질 수 있다.

이하 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 하지만, 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼을 적용하여 비스무트를 분리 제거하는 Bi-MRT 시스템의 공정도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 전해액 저장탱크(10)내의 전해액(CuSO₄수용액)을 마이크로 필터(Micro-fillter)(12)를 통해 본 발명의 수지 컬럼(100)에 공급한다.

전해액의 공급을 중단하고, 용리(elution) 전에 세척수 저장탱크(30)내의 세척수를 수지 컬럼(100)에 공급하여 프리-세척(pre-washing)을 실행한다.

염산 저장탱크(20)내의 염산은 용리(Elution) 약 50 사이클(Cycle)마다 실시하여 SL - 83 수지에 미량 흡착된 Pb를 제거한다.

수지 컬럼(100)내에 포획되어 있는 비스무트(Bi)를 9M 황산으로 분리하는 용 리 공정을 실행하여 용리제 저장탱크(30)내의 9M 황산을 용리제로서 수지 컬럼(100)에 공급하여 Bi-설페이트(Sulfate)를 형성한다.

용리 공정이 끝난 후, 전해액급액을 제개하기 위해 수지 컬럼(100)을 약산으로 세척하고자 세척수 저장탱크(30)내의 세척수를 수지 컬럼(100)에 공급하여 포스트-세척(post-washing)을 실행한다.

마지막으로, 용리 저장탱크(30)내에 냉각 및 침전된 Bi-설페이트(Sulfate)를 필터 프레스(Filter-Press)(50)를 이용하여 걸러내서 Bi-케이크(cake)를 여과한다. Bi-케이크(cake)는 부산물로서 판매된다.

한편, 수지 컬럼(100)에 공급된 전해액은 전해액 후액 탱크(60)에 저장되어 도시하지 않은 탈급액 탱크와 전해조로 보내지고, 수지 컬럼(100)에 공급된 약산은 폐액탱크(70)에 저장되어 폐산 처리된다.

또한 수지 컬럼(100)에서 얻어진 비스무트(Bi)와 Bi-케이크(cake) 여과후에 얻어진 비스무트(Bi)는 제품 탱크(80)에 저장된다. 이때 황산탱크(90)로부터 Bi-설페이트(Sulfate)로 손실된 황산을 보충하기 위해 황산이 공급된다.

도 2는 이상과 같은 공정으로 진행되는 MRT 시스템의 수지 컬럼(100)의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수지 컬럼(100)은 급액되는 전해액의 압력을 분산시키도록 원주방향으로 복수의 분사노즐이 설치되는 분배기(distributor)(110)와, 부력에 의해 아래쪽의 수지에 가해지는 압력을 완충시키는 PP 비이드(Polypropylene bead)(120)와, PP 비이드(120)보다 비중이 커서, PP 비이드(120)와의 경계부분을 생성하는 상부 글래스 비이드(130)와, 상부 글래스 비이드(130)가 아래로 빠지는 것을 방지하는 여과망(140)과, 수지가 압력 및 유동에 의해 파쇄되는 것을 방지하고자 2차 충격방지기능을 수행하도록 구멍이 무수히 뚫려 있는 가공판(150)과, 비스무트(Bi)를 흡착하기 위한 1.5톤의 Bi-MRT 수지(160)와, 미세한 수지가 유출되지 않도록 1차적인 스크린기능을 수행하는 하부 글래스 비이드(170)와, 수지(160)와 하부 글래스 비이드(170)의 유출을 방지하도록 최종 스크린기능을 수행하는 여과프레임(Strainer)(180)이 상부로부터 순차적으로 적층된다.

이와 같은 구조의 본 발명의 수지 컬럼(100)내의 MRT 수지는 미세한 SiO₂를 지지체(Support)로 하여 표면에 화합물이 화학적 결합된 일종의 리간드(Ligand) 구조로서, 도 3에 도시된 바와 같이 SiO₂와 같은 고형 지지체(Solid Support)에 매크로사이클릭 리간드(Macrocyclic Ligand)를 붙여 만들게 되는 공유결합된 리간드(Covalently Attached Ligand)이며, Bi 이온 크기에 맞춰진 수지의 고리형태에 Bi가 흡착되는 원리이다.

이러한 본 발명의 수지 컬럼(100)으로 조업한 결과의 내부공정압력을 도 4에 나타내고 있다.

도 4로 알 수 있는 바와 같이 본 발명 수지 컬럼(100)은 내부 공정압력을 3kg/cm²이하로 유지한다. 도 4의 상부 피이크(Peak) 압력은 용리(Elution)시 마다의 컬럼(Column) 내부 압력이며, 하부 데이터는 로딩(Loading)시 압력을 나타낸다. 도 4의 조업결과 데이터로부터 초기 용리(Elution) 30 사이클(Cycle) 이상 동안 용리(Elution)시 압력 1.6 kg/cm²이하이고, 로딩(Loading)시 압력 평균 0.6 kg/cm²로 유지되는 것을 확인 할 수 있다.

이상 본 발명에 따른 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 하는 것으로, 당업자라면 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 용이하게 변경할 수 있다. 또한 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 구조를 채택할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼을 적용하여 비스무트를 분리 제거하는 Bi-MRT 시스템의 공정도이고,

도 2는 도 1의 수지 컬럼의 내부 구조를 나타내는 단면도이고,

도 3은 본 발명의 수지 컬럼내에 충진되는 Bi-MRT 수지의 구조이고,

도 4는 본 발명의 수지 컬럼으로 조업한 결과의 내부공정압력을 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 본 발명의 수지 컬럼 110 : 분배기

120 : PP 비이드 130 : 상부 글래스 비이드

140 : 여과망 150 : 가공판

160 : MRT 수지 170 ; 하부 글래스 비이드

180 : 여과프레임

Claims

Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼에 있어서,

급액되는 전해액의 압력을 분산시키도록 원주방향으로 복수의 분사노즐이 설치되는 분배기(distributor)과, 최종 스크린기능을 수행하는 여과프레임(Strainer)이 상부와 하부에 각각 설치되는

Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼.
제 1 항에 있어서,

부력에 의해 아래쪽의 수지에 가해지는 압력을 완충시키는 PP 비이드(Polypropylene bead)와, PP 비이드보다 비중이 커서, PP 비이드와의 경계부분을 생성하는 상부 글래스 비이드와, 상부 글래스 비이드가 아래로 빠지는 것을 방지하는 여과망과, 수지가 압력 및 유동에 의해 파쇄되는 것을 방지하고자 2차 충격방지기능을 수행하도록 구멍이 무수히 뚫려 있는 가공판과, 목적금속을 흡착하기 위한 Bi-MRT 수지와, 미세한 수지가 유출되지 않도록 1차적인 스크린기능을 수행하는 하부 글래스 비이드가 상기 분배기와 여과프레임사이에 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는

Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 수지 컬럼의 내부 압력은 3 kgf/cm² 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는

Bi-MRT 시스템의 수지 컬럼.