KR20180059234A - 폐수 내 유가금속 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수의 처리 수단과 그 처리, 회수 방법에 관한 것으로 특히 결정성 금속을 커팅할 때 발생하는 폐수의 처리 수단과 그 처리, 회수 방법에 관한 것으로 커팅 폐액의 처리, 회수 방법과 그 수단은 조작, 수단이 간단하고 실용적이고 탄화 규소와 실리콘을 회수할 수 있어 환경을 보호한다고 하는 효과를 가진다.

Description

폐수 내 유가금속 회수 방법{Method for Recovering Precious Metal using Waste Water}

본 발명은 폐수의 처리 수단과 그 처리, 회수 방법에 관한 것으로 특히 결정성 금속의 처리시 발생하는 폐수의 처리 수단과 그 처리, 회수 방법에 관한 것이다.

화석연료에 기반한 에너지원은 이산화탄소 발생량이 가장 많이 발생하여 지구 온난화 문제에 경쟁력이 취약한 에너지원이다. 따라서 현재 에너지원으로서 세계적으로 이슈화 되고 있는 것 중에 신재생 에너지의 이용 및 보급을 들 수 있으며, 이는 기존의 석유, 석탄 등 화석연료에 비하여 이산화탄소의 배출이 저감되어 지구온난화 및 기후변화에 대응할 수 있는 에너지원이기 때문이다.

국내에서는 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 일정규모(500MW) 이상의 발전설비(신재생에너지 설비는 제외)를 보유한 발전사업자(공급의무자)에게 총 발전량의 일정비율 이상을 신재생에너지를 이용하여 공급하도록 의무화한 신재생 에너지공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard, RPS)가 도입되었으며 이런 의무공급량 미이행분에 대해서는 공급인증서 평균거래가격의 150% 이내에서 불이행사유, 불이행 횟수 등을 고려하여 과징금을 부과할 수 있도록 법제화하였다.

이에 따라 신재생에너지를 공급하여 인정받기 위하여 발전사업자가 신재생에너지 설비를 이용하여 전기를 생산 및 공급하였음을 증명하는 인증서로 공급의무자는 의무공급량을 신재생에너지 공급인증서를 구매하여 충당할 수 있는 것으로 공급인증서 발급대상 설비에서 공급된 MWh기준의 신재생에너지 전력량에 대해 가중치를 곱하여 부여하는 신재생에너지 공급인증서(Renewable Energy Certificate, REC)를 실시하고 있다. 신재생에너지 원별 가중치는 환경, 기술개발 및 산업활성화에 미치는 영향, 발전원가, 부존잠재량, 온실가스 배출저감에 미치는 효과 등을 고려하여 정부가 재정하고 3년마다 재검토하고 있다.

특히, 태양광 분야인 태양전지의 설비 설치가 붐이 되어 많은 발전사업자가 사업을 수행하고 있고 이에 따른 태양전지의 연구가 급속히 진행되고 있다. 태양전지는 폭넓게 응용되어, 태양전지의 주요 원료인 결정성 금속의 생산도 급속히 발전하고 있다. 태양전지의 재료로 사용되는 결정성 금속은 결정성 금속의 봉을 커팅 가공해 형성한다. 결정성 금속의 봉은 커팅의 과정에서 윤활, 냉각 작용을 갖춘 커팅액을 반드시 사용해야 한다. 이 때문에 커팅의 과정에서 대량의 커팅액의 폐기액이 발생한다. 국내에서 통상 사용하는 커팅액에는 폴리에틸렌 글리콜, 탄화 규소, 트리에탄올아민, 비누화액, 등유 등의 혼합물을 포함하여 구성된다. 따라서, 커팅의 폐기액의 COD(화학적 산소 요구량)의 값은 배수 기준을 큰 폭으로 웃돌기 때문에, 환경보호의 면에서 배수하는 것이 금지되고 있다.

종래 방법에서는 폐액의 처리, 회수에 적합한 방법이 발견되지 않았다. 이 때문에 국내에서는 생산 공장에서 대량의 폐액이 남아 있다. 생산이 발전을 계속하는 것에 동반하고, 장기간에 퇴적한 폐액이 산과 같이 쌓아져 기업이 계속해 생산해 가기 위한 해결해야 하는 문제가 되고 있다. 상술한 정황에 의해 커팅액의 폐액에서 폴리에틸렌 글리콜, 탄화 규소, 실리콘을 회수하는 커팅 폐액의 처리, 회수에 적합한 방법을 찾는 것이 요구되고 있다.

중국 실용 신안 출원 제 200620039272.3호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로, 결정성 금속을 커팅할 때 발생하는 폐수의 처리 수단과 그 처리, 회수 방법으로 간단한 조작 방법과 수단으로 실리콘과 탄화 규소를 회수할 수 있는 커팅 폐액의 처리, 회수 방법과 그 수단을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 등유를 제거한 결정성 금속의 커팅 폐액을 교반기에 넣어 폐액 1리터당 농도 0.0001-1 mol/L의 수산화나트륨 용액 100-500 mL을 첨가해 10 내지 30분 교반하여 1차 혼합재료를 얻는 제1단계; 상기 1차 혼합 재료를 상기 교반기에 재투입하고 10 내지 30분 혼합하면 온도가 30-50℃로 상승해 2차 혼합재료를 얻는 제2단계; 상기 혼합기에서 배출된 2차 혼합재료를 액체 분리기에 넣어 상기 2차 혼합재료를 가열하고 2차 혼합재료의 증발된 수증기와 폴리에틸렌 글리콜을 냉각하여 물과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합액을 분리하는 제3단계; 및 상기 물과 폴리에틸렌 글리콜 혼합액을 탈수기로 15 내지 40분 탈수하고 나머지 폴리에틸렌 글리콜 혼합액을 액체 분리기에 투입하여 상기 액체 분리기의 바닥부에서 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물을 방출하는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법일 수 있다.

또한, 상기 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물을 제1세정기에 넣어 고체 혼합물에 10-20wt%의 물을 가해 40 내지 80℃, 10 내지 30분 세정 후 비중분리를 통해 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 얻는 제5단계;를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 제5단계를 2회 이상 반복하여 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물의 순도를 높이는 제6단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물에 체적비가 질산 : 불화수소산 = 1 : 5의 용액을 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물 1리터 당 1 내지 1.5 첨가하고 10 내지 30분 교반하여 불화 규산 용액을 증발시키는 제7단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 제7단계를 2회 이상 반복한 후 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 알칼리성 수용액으로 세정하는 제8단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 pH7 내지 7.5까지 물로 세척하는 제9단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 40 내지 300℃, 12시간 내지 24시간 건조시키는 제10단계; 를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 커팅 폐액의 처리 방법에서 생산된 금속일 수 있다.

본 발명의 커팅 폐액의 처리 방법에 있어서는 커팅 폐액의 처리, 회수 방법과 그 수단은 조작, 수단이 간단하고 실용적이고 탄화 규소와 실리콘을 회수할 수 있어 환경을 보호한다고 하는 효과를 가진다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서의 기재는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

등유를 제거한 결정성 금속의 커팅 폐액을 교반기에 넣고 희수산화나트륨을 더해 처리해, 폐액 1리터당 농도 0.0001-0.4 mol/L의 수산화나트륨 용액 100-500 mL을 첨가해 10-30분 교반하면, 1차 혼합 재료를 얻을 수 있다. 혼합기로 배출하고, 다시 10-30분 순환, 혼합해 온도가 30-50℃에 오르면, 2차 혼합 재료를 얻을 수 있어 배출된다. 생산 메이커가 통 내에 설치된 폐액을 몇 차례에 걸쳐 회수한다. 따라서, 처리하는 폐액에서 등유는 기본적으로 제거해 둔다. 결정성 금속의 커팅 폐액은 점도가 큰 고체의 점착제를 포함하여 구성되어, 유동해 수송하기 어렵고 처리가 어려워진다. 폐액은 희수산화나트륨으로 처리해 중화의 과정에서 생성한 소금이 폐액에 포함되는 알칼리성 물질의 트리에탄올아민과 비누화액을 제거하는 것과 동시에, 폐액의 점도가 분명하게 저하한다. 교반기와 혼합기 내에서 혼합하면, 폐액이 유동, 수송하기 쉽고 균일한 혼합 재료가 되어 처리가 쉬워진다. 교반기는 순환, 교반해, 산성 액체를 더하고, 점도가 있는 폐액과 교반, 반응시킨다. 혼합 재료가 교반기를 통과해 제1 경로에서 분사되고 큰 범위에서 순환, 혼합된다. 분사 노즐 공간 내에서 마이너스 압력이 형성되기 때문에, 혼합 재료가 액 흐름 구멍을 통과해 분사 노즐 공간에 들어가면, 작은 범위에서 혼합된다. 따라서, 교반, 혼합과 반응의 효과가 추가로 향상된다. 혼합기는 분사 수단 내에 분사 경로와 도향판이 설치되어 있는 것이 특징이다. 분사 경로 내에는 미세유로가 설치되어 유동의 레이놀즈수(Re)(액체가 유동할 때의 관성력과 점성력의 비를 레이놀즈 수라고 한다)가 3000을 초과한다. 이 때문에 액체가 신속하게 유동해, 혼합 재료가 미세유로 내에서 분자의 충돌과 마찰을 발생시켜, 혼합 재료를 혼합해 입자가 또한 세세해진다. 또한 도향판이 설치되어 있기 때문에, 혼합 재료가 작은 범위에서 유동해, 혼합, 반응의 효과가 또한 바람직해진다.

혼합기가 배출한 2차 혼합 재료가 액체 분리기에 들어가면, 혼합 재료가50-80번의 가열판으로 가열되어 수증기와 폴리에틸렌 글리콜이 함께 증발되고 냉각기로 냉각되면, 물과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합액을 얻을 수 있다. 탈수기로15-40분 탈수해, 온도가 40-80℃까지 상승하면, 수분이 탈수기에서 배출되고 폴리에틸렌 글리콜을 회수할 수 있다. 액체 분리기의 바닥부에서 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물이 방출된다. 탈수기의 조작 원리는 물과 폴리에틸렌 글리콜의 액체를 미세유로 내에 신속하게 유동시켜, 미세유로 내에서 분자를 충돌, 마찰을 발생시켜, 물과 폴리에틸렌 글리콜의 분자를 분리하게 한다. 혼합의 과정에서 온도가 점차 상승해, 비등점이 낮은 물의 분자가 증발해 배출되고 폴리에틸렌 글리콜을 탈수하는 목적을 달성할 수 있다.

탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물을 제1 세정기로 보내, 고체 혼합물의 중량의 10-20%의 물을 더해 10-30분 함께 순환, 세정한다. 온도가 40-80℃로 상승해, 세정 후, 혼합물을 제1 요동대에 넣어 비중이 가벼운 부분을 분리, 제거해 탄화 규소와 실리콘의 1차 세정의 고체 혼합물을 얻을 수 있다. 제2 세정기로 보내, 고체 혼합물과 같이 1차 순환해 세정 후, 혼합물을 제2 요동대에 넣고, 다시, 비중이 가벼운 부분을 분리 제거하면, 탄화 규소와 실리콘의 2차 세정의 고체 혼합물을 얻을 수 있다. 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물에는 중화 생성된 염과 기타 잡다한 물질이 포함된다. 비중이 가벼운 부분과 같이 긴밀히 탄화 규소와 실리콘의 입자의 외측면을 피복해 제거하는 것이 매우 어렵다. 세정기로 2차 세정 처리를 하면, 혼합, 교반, 세정을 해 혼합물 내 분자와 물의 분자가 충돌해, 마찰이 발생하고, 입자가 또한 미세 해져, 외측의 껍질에 균열이 형성된다.

탄화 규소와 실리콘의 2차 세정의 고체 혼합물을 반응기로 보내, 실리콘을 생성한 불화 규산의 반응으로 고체 혼합물 내 탄화 규소와 실리콘을 분리 회수한다. 농도가 5%의 질산과 농도 30%의 불화수소산을 조합한 혼합산성 용액 을 더한다. 체적의 비율은 질산:불화수소산이 1:5로 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물 1리터 당 1-1.5리터의 혼합산성 용액을 첨가해 10-30분 교반하면, 온도가 상승해 끓는점에 이르러 불화 규산이 증발한다. 제2 냉각기로 냉각하면, 무색 투명의 불화 규산의 용액을 회수할 수 있다. 불화 규산의 용액은 통상대로 조작해, 건조 후, 결정성 금속으로 가공해 실리콘을 회수할 수 있다. 반응기 내의 잔류물의 탄화 규소와 산성 용액을 여과하고, 5-10 wt%의 알칼리성 용액으로 세정해, pH7-7.5까지 물로 씻어 건조하면, 탄화 규소를 회수할 수 있다. 알칼리성 용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산나트륨(Na2CO3)에서 선택해 생성한다. 이 발명의 커팅 폐액의 처리, 회수에 사용하는 수단은 교반기, 혼합기, 액체 분리기, 탈수기를 포함하여 구성된다.

Claims (8)

1. 등유를 제거한 결정성 금속의 커팅 폐액을 교반기에 넣어 폐액 1리터당 농도 0.0001-1 mol/L의 수산화나트륨 용액 100-500 mL을 첨가해 10 내지 30분 교반하여 1차 혼합재료를 얻는 제1단계;
   상기 1차 혼합 재료를 상기 교반기에 재투입하고 10 내지 30분 혼합하면 온도가 30 내지 50℃로 상승해 2차 혼합재료를 얻는 제2단계;
   상기 혼합기에서 배출된 2차 혼합재료를 액체 분리기에 넣어 상기 2차 혼합재료를 가열하고 2차 혼합재료의 증발된 수증기와 폴리에틸렌 글리콜을 냉각하여 물과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합액을 분리하는 제3단계; 및
   상기 물과 폴리에틸렌 글리콜 혼합액을 탈수기로 15 내지 40분 탈수하고 나머지 폴리에틸렌 글리콜 혼합액을 액체 분리기에 투입하여 상기 액체 분리기의 바닥부에서 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물을 방출하는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄화 규소와 실리콘의 고체 혼합물을 제1세정기에 넣어 고체 혼합물에 10-20 wt%의 물을 가해 40 내지 80℃, 10 내지 30분 세정 후 비중분리를 통해 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 얻는 제5단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제5단계를 2회 이상 반복하여 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물의 순도를 높이는 제6단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물에 체적비가 질산 : 불화수소산 = 1 : 5의 용액을 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물 1리터 당 1 내지 1.5 첨가하고 10 내지 30분 교반하여 불화 규산 용액을 증발시키는 제7단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제7단계를 2회 이상 반복한 후 상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 알칼리성 수용액으로 세정하는 제8단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 pH7 내지 7.5까지 물로 세척하는 제9단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄화 규소와 실리콘 세정 고체 혼합물을 40 내지 300℃, 12시간 내지 24시간 건조시키는 제10단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 커팅 폐액의 처리 방법.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커팅 폐액의 처리방법에서 생산된 금속.