KR20150041859A - 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 산침출 잔사 및 슬래그를 고온에서 용융함으로써 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 함유되어 있는 금, 은, 팔라듐과 같은 귀금속을 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 함유되어 있는 철, 구리, 주석, 니켈 등과 같은 금속성분에 포집, 농축하여 동시에 회수하는 방법에 관한 것으로, 슬래그를 소정 크기로 파쇄하는 슬래그 파쇄 단계(S10); 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 상기 파쇄된 슬래그를 혼합하여 용융시키는 용융 단계(S20) 및 상기 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 일정 시간 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속을 포함하지 않는 슬래그상으로 분리하는 분리 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법{A METHOD FOR CONCENTRATING AND RECOVERING PRECIOUS METALS FROM ACID LEACHING RESIDUE OF SPENT PCBS USING WASTE SLAG}
본 발명은 산업폐기물로 배출되는 슬래그를 활용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 첨단산업 원료로 사용되는 귀금속을 농축 및 회수하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판의 산침출 잔사 및 슬래그를 고온에서 용융함으로써 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 함유되어 있는 금, 은, 팔라듐과 같은 귀금속을 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 함유되어 있는 철, 구리, 주석, 니켈 등과 같은 금속성분에 포집, 농축하여 동시에 회수하는 방법에 관한 것이다.
정보통신기기의 발전 속도가 빨라짐에 따라서 인쇄회로기판과 같은 산업폐기물의 발생량이 급증하고 있으며, 이로 인한 환경오염이 사회문제로 대두되고 있다.
한편 환경문제와는 별개로 상기와 같은 인쇄회로기판 등의 폐기물에 함유되어 있는 귀금속은 첨단산업의 소재 원료로 부가가치가 높기 때문에 이를 회수하여 재활용하는 것이 자원의 유효이용 측면에서 대단히 유용하다고 할 수 있을 것이다.
일반적으로, 폐휴대전화, 폐컴퓨터 등과 같은 정보통신기기에 탑재되어 있는 인쇄회로기판에는 금, 은, 팔라듐과 같은 귀금속뿐만 아니라 구리, 주석, 니켈과 같은 유가금속이 들어있다. 회수 대상인 귀금속의 함양은 휴대전화 등의 종류 및 생산연도에 따라 달라지지만 대략적으로 인쇄회로기판에는 금이 240~400g/T, 은이 2000~3000g/T, 팔라듐이 10~100g/T 정도 함유되어 있고, 구리는 5~15%, 니켈은 0.1~0.2%, 주석은 0.3~0.7% 정도 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.
금, 은, 팔라듐 등의 귀금속뿐만 아니라 구리, 주석, 니켈과 같은 유가금속을 동시에 회수하기 위한 방법이 본 출원인의 선행발명인 ‘특허문헌 1’에 게재되어 있다. ‘특허문헌 1’에는 공정비용 상승을 일으키는 구리, 철, 납, 니켈 같은 귀금속의 포집금속과 환원제 탄소를 사용하는 대신 인쇄회로기판에 함유된 플라스틱 성분을 환원제로 사용하고, 알루미나(Al2O3), 생석회(CaO), 마그네시아(MgO), 산화철(FeO), 실리카(SiO2) 같은 다양한 슬래그 조성 조절제 중 생석회(CaO)만을 사용하여 공정시간을 단축하고, 폐비철 슬래그, 인쇄회로기판 등 서로 다른 산업 폐기물을 동시에 처리하며 금, 백금, 팔라듐, 로듐 등 귀금속을 농축 회수하여, 산업폐기물에 의한 자원의 재활용이 가능하도록 하는 폐비철 슬래그를 활용한 인쇄회로기판 및 폐자동차 촉매로부터의 귀금속을 농축 및 회수하는 방법이 게재되어 있다.
그러나 ‘특허문헌 1’에 게재된 종래의 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 슬래그에 슬래그 조성 조절제인 알루미나(Al2O3), 생석회(CaO), 마그네시아(MgO), 산화철(FeO), 실리카(SiO2) 등을 투입해서 선 용융한 후 인쇄회로기판을 투입해야 하므로 단계가 복잡하고 처리비용이 상승하는 문제점이 있다.
KR 10-1226612 B (2013. 1. 21.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 슬래그 조성 조절제의 투입 없이 1차적인 유가금속 추출이 이루어진 슬래그에 금속 비중이 낮은 산침출된 인쇄회로기판의 잔사를 투입함으로써 효율적으로 귀금속을 2차 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 슬래그를 소정 크기로 파쇄하는 슬래그 파쇄 단계; 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 상기 파쇄된 슬래그를 혼합하여 용융시키는 용융 단계 및 상기 용융 단계에서 얻어진 용탕을 일정 시간 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속을 포함하지 않는 슬래그상으로 분리하는 분리 단계를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 회수하기 위한 포집금속 및 슬래그 조성 조절제의 첨가 없이 귀금속을 회수할 수 있다.
또한, 귀금속-유가금속 합금상과 슬래그상의 분리공정이 용이하여 공정시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
또한, 귀금속 포집과정에서 자연스럽게 철, 구리, 니켈, 주석 등의 유가금속도 회수되므로, 발생된 슬래그로 인한 환경적인 문제가 적고, 가급적 많은 자원을 재활용할 수 있다.
즉, 전체적으로 자원의 낭비와 환경오염 문제를 적극적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법의 개요도
도 2는 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법의 흐름도
아래에서는 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법의 개요도이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법의 흐름도이다.
본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 슬래그 파쇄 단계(S10); 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 파쇄된 슬래그를 혼합하여 용융시키는 용융 단계(S20); 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 일정 시간 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속을 포함하지 않는 슬래그상으로 분리하는 분리 단계(S30)를 포함하여 구성되고, 슬래그 파쇄 단계(S10) 또는 용융 단계(S20) 이전에 인쇄회로기판에 산을 가하여 귀금속을 1차로 추출한 후 잔사를 채취하는 인쇄회로기판의 산침출 처리 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
슬래그 파쇄 단계(S10)는 용융 단계(S20)에서 쉽게 용탕으로 용융될 수 있도록 슬래그를 소정 크기로 파쇄하는 단계이다. 예를 들면, 구리, 납, 아연생산 공정에서 배출되는 폐비철 슬래그를 지름 0.5~1.5㎝로 파쇄하는 단계일 수 있다. 본 발명의 발명자들의 실험에 의하면, 슬래그 입도(粒度)가 0.5㎝ 미만이면 용융시간이 단축되나 크게 단축되지 않고 오히려 분진 발생량이 증가하기 때문에 그에 따른 이익이 없고, 슬래그 입도가 1.5㎝를 초과하면 용융시간이 길어지는 단점이 있어 슬래그의 입도는 0.5~1.5㎝ 구간에서 결정되는 것이 최적인 것으로 파악된다.
본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법에서 사용되는 슬래그는 구리, 납, 아연 등 비철금속 생산공정에서 부산물로 생산되는 폐비철 슬래그(광석에서 구리, 납, 아연 등 비철금속을 추출하고 남은 찌꺼기)인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 폐철 슬래그의 경우 용융점이 높아 용융 단계(S20)에서 큰 에너지를 요구하기 때문이다. 구리, 납, 아연 등 폐비철 슬래그의 주성분은 Al2O3, CaO, FeO, MgO, SiO2 등이며, 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법에서는 폐비철 슬래그 성분 중 산화성분이 일부 환원됨으로써 귀금속 성분의 포집제로서 사용되고, 일부는 산화된 상태로 존재함으로써 슬래그 조성 조절제로 사용된다.
용융 단계(S20)는 슬래그 파쇄 단계(S10)를 거쳐 적절한 입도를 가지는 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 섞어 용융시키는 단계이다. ‘특허문헌 1’에 개시된 종래의 귀금속을 농축 및 회수하는 방법과 달리 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법에서 Al2O3, CaO, FeO, MgO, SiO2 등의 슬래그 조성 조절제의 투입 없이 슬래그에 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 바로 투입할 수 있는 이유는 인쇄회로기판의 산침출 잔사에 포함되어 있는 SiO2가 슬래그 조성 조절제의 역할을 하기 때문이다. ‘특허문헌 1’에 개시된 종래의 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 산침출되지 않은 인쇄회로기판을 투입하기 때문에 SiO2는 동일하지만 귀금속 및 유가금속의 함량이 상대적으로 높다. 즉, 슬래그와 인쇄회로기판의 총 금속량에 비해 슬래그 조성 조절제의 비율이 낮아 용융 시 포집제 및 슬래그 조성 조절제로 활용되기 어렵다. 반면, 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법에서는 1차로 금속이 산침출된 인쇄회로기판을 투입하기 때문에 농축 및 회수해야 할 귀금속의 양 대비 슬래그 조성 조절제의 양이 충분하다. 따라서 본 발명에서는 용융 단계(S20)에서 별도의 슬래그 조성 조절제의 투입 없이 파쇄된 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 혼입하여 용융시키더라도 귀금속의 농축 및 회수가 가능하다.
용융 단계(S20)에서 투입되는 인쇄회로기판의 산침출 잔사는 질산침출 잔사인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 다른 산에 비해 질산이 귀금속을 1차 추출하는데 효율이 좋아 슬래그와 인쇄회로기판의 총 금속량 대비 슬래그 조성 조절제의 비율을 높일 수 있기 때문이다.
융융 단계(S20)는 슬래그 100 중량부 대비 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 100 중량부 내지 150 중량부로 장입하여 1300~1450℃의 온도로 20~40분 용융하는 것 바람직한 것이 실험적으로 확인되었다. 상기 인쇄회로기판의 산침출 잔사 첨가량이 100 중량부 미만이거나 150 중량부 초과면 슬래그의 점성이 높아져 분리 단계(S30)에서 귀금속의 회수율이 낮아지는 단점이 있다.
용융온도가 1300℃ 미만이면 슬래그의 점성이 높아져 분리 단계(S30)에서 귀금속의 회수율이 낮아지는 단점이 있고, 용융온도가 1450℃를 초과하면 슬래그의 점성이 낮아져 분리 단계(S30)에서 귀금속의 회수율이 좋아지나, 전력소모량이 커지기 때문에 회수에 따른 이익에 비하여 에너지 소모에 따른 손실이 커서 실효성이 없다.
또한, 용융시간이 20분 미만이면 슬래그로부터 금속의 환원율이 낮아져(포집제의 양이 감쇠됨) 분리 단계(S30)에서의 합금상과 슬래그상의 분리가 어려워져 공정시간이 길어지고 귀금속의 회수율이 낮아지는 단점이 있다. 용융시간이 40분을 초과하면 슬래그로부터 금속의 환원율이 증가되나, 전력소모량이 커지기 때문에 금속 환원에 따른 이익에 비하여 에너지 소모에 따른 손실이 커서 실효성이 없다.
일반적으로 인쇄회로기판의 산침출 잔사는 1차 귀금속 회수를 위한 산침출 처리 시에 이미 적절한 크기로 분쇄되기 때문에 별도의 처리 없이 그대로 투입될 수 있다.
분리 단계(S30)는 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 일정시간 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속을 포함하지 않는 슬래그상을 분리하는 단계로서, 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 추가적인 에너지 공급 없이 전기로에서 10~20분 동안 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속이 포함되지 않은 슬래그상을 분리하는 단계이다. 이때, 귀금속의 포집이 용융 단계(S20) 이후 지속적으로 수행되므로 분리 단계(S30)가 귀금속 포집 단계를 포함하는 것으로 볼 수도 있다. 유지시간이 10분 미만이면 공정시간이 단축되는 장점은 있으나 합금상으로의 귀금속의 회수율이 낮아지는 단점이 있고, 용융시간이 20분을 초과하면 합금상으로의 귀금속의 회수율이 증대되는 장점은 있으나 슬래그상의 점성이 증가되어 합금상과 슬래그상의 분리가 어려워지는 단점이 있다.
합금상과 슬래그상을 분리한 후 귀금속이 농축된 합금상에서 금, 은, 팔라듐 등을 정제 회수하고, 귀금속이 포함되지 않은 회수된 슬래그는 다른 귀금속 회수에 재사용하거나 시멘트의 원료로 사용한다.
본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법의 기술사상을 다시 한번 살펴보면, 본 발명은 구리, 철, 납, 니켈 등의 포집금속, 슬래그 조성 조절제 및 환원제인 탄소의 투입 없이 산업폐기물인 슬래그를 활용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 회수하도록 함과 동시에 부수적으로 철, 구리, 주석, 니켈 등의 유가금속을 회수할 수 있는 귀금속의 농축 및 회수 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법은 금속을 재자원화하고, 금속의 함유량이 낮아 환경적인 문제가 적은 슬래그를 배출하는 자원 절약 및 환경친화적 기술임과 동시에 버려지고 있는 산업폐기물을 자원화할 수 있는 기술을 제시한다는 점에서 그 의의가 있다고 할 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 따른 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법을 보다 상세히 설명한다.
폐비철 슬래그를 지름 0.5~1.0㎝로 파쇄하였다. 다음에 파쇄된 폐비철 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 혼합하였다. 혼합비율은 폐비철 슬래그 100 중량부 대비 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 100 중량부가 되도록 평량한 뒤 브이믹셔를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 균일하게 혼합된 원료를 전기로에 투입하여 1300℃에서 20분 동안 용융하였다. 이후 추가적인 에너지 공급 없이 용탕을 전기로에 20분 동안 유지한 후 귀금속이 포함되지 않은 슬래그상으로부터 귀금속이 포집된 합금상을 분리하여 회수하였다.
그 결과, 인쇄회로기판의 산침출 잔사 100g 중에 들어있는 귀금속 양은 금이 158㎎, 은이 313㎎, 팔라듐이 24㎎이었으며, 본 발명에 따라 포집된 합금상에 존재하는 귀금속은 금이 143㎎, 은이 288㎎, 팔라듐이 23㎎으로서 금, 은, 팔라듐 모두 회수율이 90% 이상이었다.
폐비철 슬래그를 지름 0.5~1.0㎝로 파쇄하였다. 다음에 파쇄된 폐비철 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 혼합하였다. 혼합비율은 폐비철 슬래그 100 중량부 대비 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 130 중량부가 되도록 평량한 뒤 브이믹셔를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 균일하게 혼합된 원료를 전기로에 투입하여 1450℃에서 20분 동안 용융하였다. 이후 추가적인 에너지 공급 없이 용탕을 전기로에 10분 동안 유지한 후 귀금속이 포함되지 않은 슬래그상으로부터 귀금속이 포집된 합금상을 분리하여 회수하였다.
그 결과, 인쇄회로기판의 산침출 잔사 100g 중에 들어있는 귀금속 양은 금이 97㎎, 은이 138㎎, 팔라듐이 10㎎이었으며, 본 발명에 따라 포집된 합금상에 존재하는 귀금속은 금이 89㎎, 은이 124㎎, 팔라듐이 9㎎으로서 금, 은, 팔라듐 모두 회수율이 90% 이상이었다.
폐비철 슬래그를 지름 0.5~1.0㎝로 파쇄하였다. 다음에 파쇄된 폐비철 슬래그와 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 혼합하였다. 혼합비율은 폐비철 슬래그 100 중량부 대비 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 150 중량부가 되도록 평량한 뒤 브이믹셔를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 균일하게 혼합된 원료를 전기로에 투입하여 1350℃에서 40분 동안 용융하였다. 이후 추가적인 에너지 공급 없이 용탕을 전기로에 15분 동안 유지한 후 귀금속이 포함되지 않은 슬래그상으로부터 귀금속이 포집된 합금상을 분리하여 회수하였다.
그 결과, 인쇄회로기판의 산침출 잔사 100g 중에 들어있는 귀금속 양은 금이 167㎎, 은이 271㎎, 팔라듐이 25㎎이었으며, 본 발명에 따라 포집된 합금상에 존재하는 귀금속은 금이 152㎎, 은이 244㎎, 팔라듐이 23㎎으로서 금, 은, 팔라듐 모두 회수율이 90% 이상이었다.

Claims (7)

  1. 슬래그를 소정 크기로 파쇄하는 슬래그 파쇄 단계(S10);
    인쇄회로기판의 산침출 잔사에 상기 파쇄된 슬래그를 혼합하여 용융시키는 용융 단계(S20) 및
    상기 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 일정 시간 유지하여 귀금속이 포집된 합금상과 귀금속을 포함하지 않는 슬래그상으로 분리하는 분리 단계(S30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그는 비철금속 생산공정에서 부산물로 생산되는 폐비철 슬래그인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그의 입도는 0.5~1.5㎝인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 산침출 잔사는 질산침출 잔사인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융 단계(S20)는 상기 슬래그 100 중량부 대비 상기 인쇄회로기판의 산침출 잔사를 100 중량부 내지 150 중량부로 장입하여 1300~1450℃의 온도로 20~40분 용융하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리 단계(S30)는 상기 용융 단계(S20)에서 얻어진 용탕을 10~20분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 파쇄 단계(S10) 또는 용융 단계(S20) 이전에 인쇄회로기판에 산을 가하여 귀금속을 1차로 추출한 후 잔사를 채취하는 인쇄회로기판의 산침출 처리 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법.
KR20130120335A 2013-10-10 2013-10-10 슬래그를 이용하여 인쇄회로기판의 산침출 잔사로부터 귀금속을 농축 및 회수하는 방법 KR20150041859A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101685931B1 (ko) * 2016-07-14 2016-12-14 한국지질자원연구원 구리함유자원을 이용한 귀금속 농축 회수방법
CN108165751A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 中国葛洲坝集团绿园科技有限公司 一种从废线路板、废杂铜和含铜废渣中协同冶炼回收有价金属的方法及系统

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