KR20200061799A - 금속회수를 위한 전해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 회수를 위한 전해장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전해장치는 원통형으로 형성된 본체부; 상기 본체부 하부에 위치하며 원추형상으로 마련된 원추부; 적어도 일부가 상기 본체부 내부에 위치하는 봉형상의 양전극; 및 상기 본체부에 수용되어 있으며, 전해공간을 사이에 두고 상기 양전극을 둘러싸고 있는 링형상의 음전극을 포함하며, 상기 본체부는 외부로부터 회수 대상 용액을 상기 전해공간에 공급하는 유입구를 포함하며, 상기 유입구는 상기 음전극과 이격되어 있다.

Description

금속회수를 위한 전해장치{Electrolytic Apparatus for recovering metal}

본 발명은 금속을 고속으로 회수할 수 있는 전해장치에 관한 것이다.

반도체 제조공정 등과 같은 전자산업에서 발생하는 폐액, 도금 폐액 또는 세척수 중에는 유용 금속이 함유되어 있는 것이 일반적이다. 특히 귀금속이 사용되는 산업공정에서 발생하는 폐액이나 세척수 중에는 상당량의 귀금속이 함유되어 있으므로 이를 회수하여 재활용할 필요가 있다.

일반적으로 폐액이나 세척수 중에 함유되는 귀금속의 회수방법은 이온교환수지법, 활성탄소법 및 전해채취 방법을 채택하는 경우가 많으며 회수 후의 용액은 중화처리하여 폐기하거나 정액처리 하여 재순환시켜 사용하기도 한다.

이들 중 전해채취방법은 귀금속이 함유되어 있는 수용액 또는 침출액을 전해액으로서 전해환원하여 목적하는 귀금속을 음전극면 위에 석출시키는 방법이다. 전해채취방법은 조금속 같은 중간 단계를 거치지 않고 한 번에 고순도의 금속이 얻어지는 이점과, 전해에 따라서 용매가 재생되어 침출공정에 재사용될 수 있다는 이점이 있다.

그러나 전해채취의 경우 이러한 이점에도 불구하고 수용액 내의 금속 이온의 농도가 높은 경우에 적용이 용이하며, 농도가 낮은 경우에는 금속이온이 음전극 표면으로 이동되는 속도가 느려 금속의 회수율이 저하된다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제2012-0138912(2012. 12. 27. 공개)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용이 편리하고 금속을 고속으로 회수할 수 있는 금속회수를 위한 전해장치에 관한 것이다.

상기 본 발명의 목적은 금속 회수를 위한 전해장치에 있어서, 원통형으로 형성된 본체부; 상기 본체부 하부에 위치하며 원추형상으로 마련된 원추부; 적어도 일부가 상기 본체부 내부에 위치하는 봉형상의 양전극; 및 상기 본체부에 수용되어 있으며, 전해공간을 사이에 두고 상기 양전극을 둘러싸고 있는 링형상의 음전극을 포함하며, 상기 본체부는 외부로부터 회수 대상 용액을 상기 전해공간에 공급하는 유입구를 포함하며, 상기 유입구는 상기 음전극과 이격되어 있는 것에 의해 달성된다.

상기 음전극은 상기 유입구에 비해 상기 원추부에 인접하여 위치할 수 있다.

상기 음전극은. 주음전극과; 상기 주음전극에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 전해공간과 직접 접하는 보조음전극으로 이루어져 있을 수 있다.

상기 음전극에는 관통공이 형성되어 있지 않을 수 있다.

상기 주음전극과 상기 보조음전극은 탈착가능할 수 있다.

상기 보조음전극은, 원통형으로 이루어진 본체와; 상기 본체의 단부에서 외주방향으로 굴곡 연장되어 상기 주음전극의 상부면과 전기적으로 접촉하는 접촉부를 포함할 수 있다.

상기 주음전극은 고리형상이며, 상기 보조 음전극은 판형상이며 권취하여 상기 주음전극 내에 위치할 수 있다.

상기 보조음전극은 상기 주음전극과 밀착되어 있으며, 상기 보조음전극은 상기 주음전극의 내면을 실질적으로 모두 덮고 있을 수 있다.

본 발명에 따르면 사용이 편리하고 금속을 고속으로 회수할 수 있는 금속회수를 위한 전해장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 개략적 분리 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 음전극의 구성을 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 음전극의 조립을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 결합상태의 사시도이고,
도 6은 도 5의 VI-VI'선을 따른 단면도이고,
도 7은 본 발명의 실험예에서 시간에 따른 금이온의 변화를 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 보조음전극을 나타낸 것이고,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 음전극의 조립을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 금속회수를 위한 전해장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 개략적 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 음전극의 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 음전극의 조립을 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전해장치의 결합상태의 사시도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI'선을 따른 단면도이다.

전해장치(1)는 전해조(10), 음전극(20, 22) 및 양전극(30)을 포함한다.

전해조(10)는 전해채취공정이 진행되는 공간을 제공하기 위한 것이다. 본 실시예에서 전해조(10)는 싸이클론 형상으로 이루어져, 본체부(11)와 원추부(15)를 구비한다.

본체부(11)는 원통형으로 형성되어 상부에서 하부까지 직경이 일정하다. 그리고 본체부(11)의 일측에는 후술할 수용액(침출액)이 유입될 수 있도록 내주면과 외주면 사이를 관통하는 유입구(12)가 형성된다. 그리고 수용액을 유입구(12)로 안내하기 위한 유입포트(13)가 유입구(12)로 연결된다. 본체부(11)의 일측에는 후술할 음전극(20, 22)에 전원을 인가하기 위한 전선이 삽입될 수 있도록 연결공(14)이 마련된다.

원추부(15)는 본체부(11)의 하부로부터 연장형성되며, 상부에서 하부로 갈수록 직경이 점차 작아져서 전체적으로 원추 형상을 이룬다. 원추부(15)의 하부에는 본체부(11)로 유입된 수용액이 유출되는 유출구(16)가 마련된다. 그리고 수용액을 외부로 배출시키기 위한 유출포트(17)가 유출구(16)에 연결된다.

또한, 본체부(11)의 내측 공간을 개방 및 폐쇄하기 위한 밀폐캡(18)이 마련된다. 즉, 본체부(11)의 상측 내주면에는 암나사산이 형성되며, 밀폐캡(18)의 외주면에도 수나사산이 형성되어 밀폐캡(18)은 본체부(11)에 나사결합된다. 그리고, 밀폐캡(18)과 본체부(11) 사이에는 오링(18a)이 개재되어 밀폐성을 확보한다.

밀폐캡(18)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 삽입공(18b)이 형성되며, 이 삽입공(18b)에는 후술할 봉 형상의 양전극(30)이 삽입된다. 삽입공(18b)을 둘러싸며 오링(18c)이 개재되어 후술할 양전극(30)과 삽입공(18b) 사이로 기밀이 해제되는 것을 방지한다. 오링(18c)을 밀폐캡(18)의 상면에 압착시켜 기밀성을 강화하도록 밀폐캡(18)의 상부에는 압착캡(19)이 나사결합된다. 압착캡(19)의 중앙에도 관통공(19c)이 형성되어 양전극(30)이 끼워질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 음전극(20, 22)의 구조를 설명한다.

음전극(20, 22)은 전체적으로는 원통형이며 본체부(11)의 내측에 끼워져 결합된다. 본 실시예에서 음전극(20, 22)은 전체적으로는 상하부 전체에 걸쳐 일정한 직경으로 원통형으로 형성된다.

음전극(20, 22)은 주음전극(20)과 보조음전극(22)을 포함한다. 주음전극(20)은원통형상이다. 보조음전극(22)은 판상이며, 조립 시 휘게 만들어 주음전극(20) 내부에 장착하게 된다. 따라서 본 실시예에서 주음전극(20)과 보조음전극(22)은 물리적으로 결합되어 있지 않고, 필요시 언제든 탈착이 가능하다.

본 실시예에서 음전극(20, 22)은 유입구(12)와 이격되어 배치되어 있다. 이에 따른 음전극(20, 22)은 유입구(12)에 대응하는 관통공이 형성되어 있지 않다. 구체적으로는 음전극(20, 22)은 유입구(12)와 이격되어 하부에 위치한다. 본 발명에서 상부/하부는 도 1을 기준으로 설명된다.

수용액이 음전극(20, 22)의 내측으로 유입되어 전해조(10) 내에서 난류를 형성하도록 하여야 한다. 이를 위해 수용액은 본체부(11)의 내측으로 유입되는 유입방향이 대략 원통형 본체부(11)의 접선방향이 되도록 마련되어 있다.

주음전극(20)은 본체부(11)에 형성된 연결공(14)을 통해 전원과 전기적으로 연결된다. 주음전극(20)과 보조음전극(22)은 밀착되어 전기적으로 연결되어 있으며, 보조음전극(22)은 주음전극(20)을 통해 전원과 연결된다.

보조음전극(22)은 주음전극(20)과 밀착되어 있으며, 주음전극(20)의 내면을 실질적으로 모두 덮고 있다. 이에 의해 금속이온의 환원 및 석출은 보조음전극(22)의 내부 표면에서 집중적으로 일어난다. 주음전극(20) 내부면에서의 금속이온의 환원 및 석출은 매우 미미하거나 실질적으로 발생하지 않을 수 있다. 또한 보조음전극(22)의 외부면에서의 금속이온 환원 및 석출도 매우 미미하다.

전해채취공정이 진행되면 보조 음전극(22)의 내측 표면에서 회수 대상 금속이 석출된다. 공정 후 보조음전극(22)은 용이하게 주음전극(20)으로부터 분리되고 보조 음전극(22)으로부터 금과 같은 회수 대상 금속을 분리하는 후공정이 진행된다. 산에 녹는 금속을 보조음전극(22)으로 사용하면 금이나 백금 같은 귀금속은 산용액에 녹지 않고 보조음전극(22)만 용해되므로 귀금속을 음전극으로부터 용이하게 분리할 수 있는 장점이 있다. 회수 대상 금속 회수에는 질산을 사용할 수 있으며, 공정의 편의를 위해 보조음전극(22)을 자르거나 분쇄 후 산용액 처리할 수 있다.

보조음전극(22)은, 예를 들어 철, 아연, 주석, 니켈 또는 구리로 이루어 질 수 있다. 보조음전극(22)은 특히 얇은 두께를 가지면서도 탄성을 가져 주음전극(20)에 밀착되는 것이 바람직하다. 보조음전극(22)과 주음전극(20)이 밀착되어야 전기전도도가 유지될 수 있기 때문이다. 이를 위해 보조음전극(22)은 베릴륨동으로 이루어질 수 있으며, 두께는 0.2mm 내지 0.5mm일 수 있다. 또한 석출이 이루어지는 보조음전극(22)의 내부면이 거칠면 석출된 귀금속이 유속에 의해 박리될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보조음전극(22)의 표면은 경면처리될 수 있다.

주음전극(20)은 보조음전극(22)과 다른 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 스테인레스 스틸 또는 티타늄으로 만들어 질 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 보조음전극(22)은 주음전극(20)과 물리적으로 결합되어 있지 않기 때문에, 주음전극(20) 내부로의 삽입 및 공정 후 분리가 용이하다. 이에 의해, 공정 후에 보조음전극(22)만을 분리하여 표면의 금속을 회수하면 된다. 주음전극(20)은 그대로 유지하고 새로운 보조음전극(22) 만을 삽입하면 새로운 공정이 시작될 수 있다. 또한 주음전극(20)에는 금속 석출이 미미하기 때문에 세정 등의 작업이 용이하다.

또한 본 실시예에 따르면 음전극(20, 22)에는 관통공이 형성되지 않고 유입구(12)와 이격되어 배치된다. 따라서 음전극(20, 22)의 설치과정에서 유입구(12)와의 정렬에 신경쓰지 않아도 되기 때문에, 설치 및 운전이 편리하다. 또한 주음전극(20)과 보조음전극(22)은 모두 원통형상이기 때문에 보조음전극(22)의 교체 시에도 주음전극(20)과의 정렬문제가 발생하지 않는다.

양전극(30)은 봉 형상으로 길게 형성되어 압착캡(19)의 관통공(19c)과 밀폐캡(18)의 삽입공(18b)을 통해 전해조(10)의 내측으로 삽입된다. 양전극(30)의 상부는 전원과 전기적으로 연결된다. 음전극(20, 22)과 양전극(30)의 사이에는 전해공간이 형성된다.

또한 양전극(30)은 내부가 비어 있는 중공형으로 형성되어 양전극(30)의 중공부를 통해 전해조(10)의 내부가 외부와 연통된다. 전해조(10) 내부의 수용액은 원추부(15)로 하강한 후, 일부는 원추부 하측의 유출구(16)를 통해, 나머지 일부는 양전극(30)의 내측을 통해 외부로 배출된다.

양전극(30)의 외표면에는 다수의 그루브(32)가 형성되어 있다. 그루브(32)는 양전극(30)의 둘레방향을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있으며 동일한 폭(d)과 간격(c)으로 형성되어 있다. 그루브(32)는 양전극(30)의 표면적을 넓혀주는 역할을 한다. 그루브(32) 형성은 관통홀을 형성하는 것에 비해 제조원가가 낮다. 또한 그루브(32)를 형성하는 것은 관통홀을 형성하는 것에 비하여 양전극(30)의 표면적을 넓히기 용이하다.

본 실시예에서 양전극(30)은 티타늄으로 제조될 수 있으며, 티타늄 위에 이리듐 옥사이드를 코팅시켜 강도를 증대시킨다. 티타늄에 이리듐 옥사이트를 코팅한 양전극은 강산성 용액이나 강알칼리성 용액에서도 녹지 않고 안정하게 유지된다. 또한 양전극(30)은 스테인레스 스틸이나 이를 백금으로 코팅하여 사용할 수 있다.

전해채취공정에서는 일반적으로 높은 분해전압이 요구되는데, 예컨대 흑연을 양전극으로 사용하면서 과전압이 걸리는 경우 흑연 양전극은 표면이 약화되어 고속으로 흐르는 유체에 의해 마모되는 경우가 많다. 본 실시예에서와 같이, 티타늄에 이리듐 옥사이드를 코팅한 전극 또는 스테인레스 스틸에 백금을 코팅한 전극을 사용하면, 자체적인 기계적 강도로 인해 높은 과전압과 빠른 유속에서도 전극이 마모되지 않고 원형 그대로 유지되므로 안정성이 뛰어나다는 이점이 있다.

이하 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

초순수에 첨가제(KG-120) 6리터와 시안금을 투입하여 금 용액을 제조하였으며, 총인가전류는 21.6A이었으며, 유속은 80-100LPM을 유지하였다.

실시예 1과 같은 형태의 전해장치를 이용하여 금을 회수하였으며, 양전극 직경은 29mm, 음전극 직경은 53.6mm, 양전극과 음전극 길이는 155.7mm였다.

도 7은 본 발명의 실험예에서 시간에 따른 금이온의 변화를 나타낸 것이다. 도 7과 같이 공정시간에 따른 금이온이 효과적으로 회수되며 500분 정도의 공정시간에서 99%의 금 회수가 가능하였다.

본 발명에 따르면 효과적인 금이온 회수와 함께 음전극(20, 22)의 설치 및 교환이 간단하고, 전해장치(100)에서 보조음전극(22)만을 분리하여 금과 같은 귀금속을 용이하게 회수할 수 있다.

이상 설명한 제1실시예에서 보조음전극(22)의 구성은 다양하게 변화할 수 있으며 이를 제2실시예를 통해 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 보조음전극을 나타낸 것이고, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 음전극의 조립을 나타낸 것이다.

제2실시예에서 보조음전극(22)은 상부면에 커팅부(221)가 형성되어 있다. 커팅부(221)은 역삼각형 형태로 형성되어 있다. 보조음전극(22)을 도 10과 같이 원통형으로 만들고 커팅부(221)를 이용하여 커팅부(221) 사이 부분을 본체부(도 9에서의 원통부) 바깥쪽 방향으로 구부리면 접촉부(222)가 마련된다. 조립시 접촉부(222)는 주음전극(20)의 상부면(201)과 접촉하여 주음전극(20)과 보조음전극(22)은 전기적으로 더욱 확실하게 연결된다. 또한 보조음전극(22)을 주음전극(20)에서 분리할 때 접촉부(222)를 파지하면 보조음전극(22)을 용이하게 분리할 수 있다. 접촉부(222)의 길이는 접촉부(222) 두께와 대응하도록, 예를 들어 접촉부(222) 두께는 80% 내지 100% 또는 90% 내지 100%로 마련될 수 있다.

다른 실시예에서 보조음전극(22)도 주음전극(20)과 같이 처음부터 원통형으로 마련될 수 있다.

또 다른 실시예에서 커팅부(221)는 사각형 형상 등 다양하게 변화할 수 있으며, 단순한 절개 형태일 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 금속 회수를 위한 전해장치에 있어서,
   원통형으로 형성된 본체부;
   상기 본체부 하부에 위치하며 원추형상으로 마련된 원추부;
   적어도 일부가 상기 본체부 내부에 위치하는 봉형상의 양전극; 및
   상기 본체부에 수용되어 있으며, 전해공간을 사이에 두고 상기 양전극을 둘러싸고 있는 링형상의 음전극을 포함하며,
   상기 본체부는 외부로부터 회수 대상 용액을 상기 전해공간에 공급하는 유입구를 포함하며,
   상기 유입구는 상기 음전극과 이격되어 있는 전해장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 음전극은 상기 유입구에 비해 상기 원추부에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 음전극은.
   주음전극과;
   상기 주음전극에 전기적으로 연결되어 있으며 상기 전해공간과 직접 접하는 보조음전극으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전해장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 음전극에는 관통공이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 전해장치.
5. 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주음전극과 상기 보조음전극은 탈착가능한 것을 특징으로 하는 전해장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 보조음전극은,
   원통형으로 이루어진 본체와;
   상기 본체의 단부에서 외주방향으로 굴곡 연장되어 상기 주음전극의 상부면과 전기적으로 접촉하는 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 주음전극은 고리형상이며,
   상기 보조 음전극은 판형상이며 권취하여 상기 주음전극 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 보조음전극은 상기 주음전극과 밀착되어 있으며,
   상기 보조음전극은 상기 주음전극의 내면을 실질적으로 모두 덮고 있는 것을 특징으로 하는 전해장치.

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