KR20230122755A - 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하고 이러한 전해액에 대하여 전류를 흐르게하여 애노드에서 연속적으로 납을 회수할 수 있는 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
Description
본 발명은 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하고 이러한 전해액에 대하여 전류를 흐르게하여 애노드에서 연속적으로 납을 회수할 수 있는 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
대부분의 비철 금속을 제련하는 업체의 경우 단시간에 생산량을 향상시킬 수 있는 건식 방식을 채택하고 있다. 그러나, 고온에서 비철 재료를 용융하는 과정 중에 중금속이 포함된 분진이 다량 발생하기 때문에 이를 처리하는 비용이 발생할 뿐만 아니라 환경 오염 제거 시설을 설치하는 등의 상당한 부대 비용이 발생한다.
이를 해결 하기 위한 방법 중 하나로서, 분진 중에 포함되어 있는 중금속의 하나인 납(Pb)를 제거하기 위해 분진을 황산 침출하여 황산납으로 한 후 전기로에서 용융 환원을 수행한다.
다만 이러한 방법 역시 분진 중에 포함되어 있는 중금속을 제거하기 위해 작업자에게 위험한 강산과 산 처리의 환경 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
종래 기술로서 한국 특허 공개 제10-2013-0069698호(발명의 명칭 : 납의 전해 방법)가 있다. 상기 문헌에는 불소 제거 설비를 설치할 필요 없이, 평활한 전착 납을 회수할 수 있는 납의 전해 방법이 기재 되어 있다. 술파민산 전해 용액에서 전해 정제하는 점과 수작업으로 입/출입으로 추출하는 방법을 체택하는 단점이 있다.
또 다른 종래 기술로서 한국 등록 특허 제10-1394521호(발명의 명칭 : 전기로 제강분진의 처리방법)이 있다. 상기 문헌은 포집된 더스트 내의 Pb와 Zn을 분리회수하는 단계; 및 분리회수된 Pb와 Zn의 탄산화 반응을 진행하는 단계를 포함하는 전기로 제강분진의 처리방법에 관한 것으로, 전기로 제강분진을 처리함에 있어서 전기로 제강분진에 함유되어 있는 유가금속을 처리하는 방법을 개시한다. 다만 아연을 분리할 때 다시 건식법을 사용되며, 납을 분리하기 위해서는 염산을 추가적으로 이용한다는 단점이 있다.
이에 본 발명자는, 상술된 종래 기술과는 차별성을 가지는 산을 이용한 용출 반응이 아닌 증류수를 기반으로 납을 추출하는 방법 및 장치를 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은, 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하고 이러한 전해액에 대하여 전류를 흐르게 하여 애노드에서 연속적으로 납을 회수할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 종래의 방법보다 비용이 적게 소요될 뿐만 아니라 사회적 이슈인 ESG 경영에 따른 친환경적인 공정을 통해 분진의 중금속을 줄일 수 있는 분진으로부터 납을 회수하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 제련 분진으로부터 납을 회수하는 방법은 (a) 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하는 단계; (b) 상기 전해조 내의 애노드에 전류를 인가하여 납을 추출하는 단계; (c) 추출된 납을 건조하는 단계; 및 (d) 납이 제거된 분진을 분리 및 회수하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분진은 납 35 내지 50질량％, 철 1 내지 6질량％ 및 비스무트 1 내지 20질량％을 포함할 수 있다.
바람직하게는, (e) 회수된 납을 제품으로 출하하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 제련 분진으로부터 납을 회수하는 장치는, 납이 포함된 분진을 포함하는 분진 탱크; 증류수를 수용하는 증류수 탱크; 및 상기 납이 포함된 분진과 증류수가 유입되어 혼합되며, 캐소드 및 애노드가 제공되는 전해조;를 포함하고, 상기 전해조 내의 상기 애노드에 전류를 인가하여 납을 추출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 추출된 납을 건조하는 건조부; 및 상기 납이 제거된 분진을 분리 및 회수하는 분진 회수부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분진은 납 35 내지 50질량％, 철 1 내지 6질량％ 및 비스무트 1 내지 20질량％을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 애노드는 원통형 회전식으로 구성되어 상기 납은 연속식으로 추출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 추출되는 납의 추출량은 애노드에 적용되는 전류 속도, 애노드와 캐소드의 간격 및 애노드와 캐소드의 면적비 중 어느 하나 이상에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전해조 내의 전해액의 온도는 약 25℃이며, 유속은 3L/min일 수 있다.
본 발명에 따르면, 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하고 이러한 전해액에 대하여 전류를 흐르게 하여 애노드에서 연속적으로 납을 회수할 수 있게 된다.
즉 증류수를 전해 용액으로 대체함으로써 환경적 비용이 비약적으로 개선된다. 특히 이산화탄소 기체의 발생을 줄일 수 있고, 종래의 건식공정 및 화학공정 보다는 공정단계를 줄일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면, 사회적 이슈인 ESG 경영에 따른 친환경적인 공정을 통해 분진의 중금속을 줄일 수 있게 된다. 더 나아가 추출된 납은 제품화을 진행하여 양질의 납금속으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 장치(100)의 개략도이며,
도 2는 전해조(130)를 구체적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 방법을 기재한 도면이다.
도 2는 전해조(130)를 구체적으로 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 방법을 기재한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 장치(100)의 개략도이며, 도 2는 전해조(130)를 구체적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 방법을 기재한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분진으로부터 납을 회수하는 장치(100)는 분진 탱크(110), 증류수 탱크(120), 전해조(130), 건조부(140), 분진 회수부(150) 및 제품 성형부(160)를 포함할 수 있다.
분진 탱크(110)는 납이 포함된 분진이 수용되어 있다. 이러한 분진은 납이 포함되어 있으면 충분하고 비철 금속 제련 과정에서 발생될 수 있다.
예를 들어, 분진은 납 35 내지 50 질량％, 철 1 내지 6 질량％ 및 비스무트 1 내지 20 질량％을 포함할 수 있다.
증류수 탱크(120)는 증류수가 수용되어 있다. 증류수는 전해 용액을 대체하는 용도로 사용되며, 본 장치(100)에서는 증류수를 사용하기 때문에 친환경적이며 비용이 매우 적게 소요된다.
전해조(130)는 분진 탱크(110) 및 증류수 탱크(120)와 각각 연동되도록 구성되며, 그 내부에서 납이 포함된 분진과 증류수가 유입되어 혼합되게 된다.
전해조(130)에는 캐소드(131) 및 애노드(132)가 제공된다.
캐소드(131)는 카본 혹은 루테늄으로 구성될 수 있으며, 애노드(132)는 티타늄 혹은 알루미늄으로 구성될 수 있다. 전해조(130) 내에서 납이 포함된 분진과 증류수가 혼합되는 경우에 각 전극에 전류를 인가하여 애노드(132)에 납이 석출되어 납이 추츨되게 된다.
이때 애노드(132)는 원형 회전식으로 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인해 즉 애노드(132)는 연속적으로 회전을 하면서 그 표면에 석출된 납을 후송되는 건조부(140)로 연속적으로 이송시키게 된다.
이러한 전해조(130) 내의 전해액의 온도는 약 25℃이며, 유속은 3L/min일 수 있으나, 이러한 온도와 유속 등의 조건은 공정 상태에 따라 변경될 수 있음을 유의한다.
한편 추출되는 납의 추출량은 애노드에 적용되는 전류 속도, 애노드(132)와 캐소드(131)의 간격 및 애노드(132)와 캐소드(131)의 면적비 중 어느 하나 이상에 의해 결정되게 된다.
건조부(140)는 추출된 납을 건조하는 역할을 수행한다. 즉 추출된 수분이 포함되어 있는 납에서 수분을 제거하게 된다. 이때 건조 온도는 약 400 내지 500 ℃인 것이 바람직하다.
분진 회수부(150)는 납이 제거된 분진을 분리 및 회수하는 역할을 수행한다. 또한 제품 성형부(160)는 수분이 제거된 납을 이용하여 최종적인 납금속 제품을 성형하는 역할을 수행한다. 이러한 분진 회수부(150) 및 제품 성형부(160)은 공지된 장치 및 기술을 채용하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
[실험예 1]
납이 포함된 분진 1kg과 증류수 2L를 각각 준비하였다. 또한 이러한 분진과 증류수를 전해조에서 혼합한후 전해액의 온도를 25℃로 유지하고 20mL/min의 유속을 지속시켜 60min간 납을 추출하였다.
이때, 전류 속도를 100mA로 동일하게 설정하고, 캐소드와 애노드의 간격을 20cm로 동일하게 설정하고, 다만 캐소드 및 애노드의 면적비를 다르게 설정하였다. 이때의 납 추출량을 아래 표 1에 도시하였다.
| 전류속도 | 100mA | 100mA | 100mA |
| 캐소드와 애노드의 간격 | 20cm | 20cm | 20cm |
| 캐소드 : 애노드 면적비 | 1:0.5 | 1:1 | 1:2 |
| 납 추출량(g) | 48.5 | 52.6 | 50.9 |
실험예 1을 토대로 살펴본 결과 캐소드 및 애노드의 면적비가 대등할 경우에 가장 많은 납이 추출된 것을 알 수 있었다.
[실험예 2]
납이 포함된 분진 1kg과 증류수 2L를 각각 준비하였다. 또한 이러한 분진과 증류수를 전해조에서 혼합한후 전해액의 온도를 25℃로 유지하고 20mL/min의 유속을 지속시켜 60min간 납을 추출하였다.
이때, 전류 속도를 100mA로 동일하게 설정하고, 캐소드 및 애노드의 면적비를 동일하게 설정하고, 다만 캐소드와 애노드의 간격을 다르게 설정하였다. 이때의 납 추출량을 아래 표 2에 도시하였다.
| 전류속도 | 100mA | 100mA | 100mA |
| 캐소드와 애노드의 간격 | 20cm | 40cm | 60cm |
| 캐소드 : 애노드 면적비 | 1:1 | 1:1 | 1:1 |
| 납 추출량(g) | 52.6 | 46.8 | 45.3 |
실험예 2를 토대로 살펴본 결과 캐소드 및 애노드가 가까울 수록 납이 많이 추출되는 것을 알 수 있었다.
[실험예 3]
납이 포함된 분진 1kg과 증류수 2L를 각각 준비하였다. 또한 이러한 분진과 증류수를 전해조에서 혼합한후 전해액의 온도를 25℃로 유지하고 20mL/min의 유속을 지속시켜 60min간 납을 추출하였다.
이때, 캐소드 및 애노드의 면적비를 동일하게 설정하고, 캐소드와 애노드의 간격을 20cm로 동일하게 설정하고, 다만 전류 속도를 다르게 설정하였다. 이때의 납 추출량을 아래 표 3에 도시하였다.
| 전류속도 | 60mA | 80mA | 100mA |
| 캐소드와 애노드의 간격 | 20cm | 20cm | 20cm |
| 캐소드 : 애노드 면적비 | 1:1 | 1:1 | 1:1 |
| 납 추출량(g) | 44.6 | 48.2 | 52.6 |
실험예 3을 토대로 살펴본 결과 전류 속도가 커질수록 납이 많이 추출되는 것을 알 수 있었다.
즉 이러한 실험을 토대로 살펴본 결과, 기존의 기술과는 달리 증류수만으로도 연속적으로 납을 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 전류속도가 크고, 상대적으로 애노드와 캐소드가 가깝게 위치할 수록 납이 상대적으로 잘 추출되는 것을 알 수 있었으며, 이때 캐소드와 애노드의 면적비는 1:1이 바람직한 것을 알 수 있었다.
상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- (a) 납이 포함된 분진과 증류수를 전해조에서 혼합하는 단계;
(b) 상기 전해조 내의 애노드에 전류를 인가하여 납을 추출하는 단계;
(c) 추출된 납을 건조하는 단계; 및
(d) 납이 제거된 분진을 분리 및 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
분진으로부터 납을 회수하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분진은 납 35 내지 50질량％, 철 1 내지 6질량％ 및 비스무트 1 내지 20질량％을 포함하는 것을 특징으로 하는,
분진으로부터 납을 회수하는 방법
- 제1항에 있어서,
(e) 회수된 납을 제품으로 출하하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분진으로부터 납을 회수하는 방법.
- 분진으로부터 납을 회수하는 장치에 있어서,
납이 포함된 분진을 포함하는 분진 탱크;
증류수를 수용하는 증류수 탱크; 및
상기 납이 포함된 분진과 증류수가 유입되어 혼합되며, 캐소드 및 애노드가 제공되는 전해조;를 포함하고,
상기 전해조 내의 상기 애노드에 전류를 인가하여 납을 추출하는 것을 특징으로 하는, 분진으로부터 납을 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 추출된 납을 건조하는 건조부; 및
상기 납이 제거된 분진을 분리 및 회수하는 분진 회수부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 분진으로부터 납을 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 분진은 납 35 내지 50질량％, 철 1 내지 6질량％ 및 비스무트 1 내지 20질량％을 포함하는 것을 특징으로 하는,
분진으로부터 납을 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 애노드는 원형 회전식으로 구성되어 상기 납은 연속식으로 추출되는 것을 특징으로 하는,
분진으로부터 납을 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 추출되는 납의 추출량은 애노드에 적용되는 전류 속도, 애노드와 캐소드의 간격 및 애노드와 캐소드의 면적비 중 어느 하나 이상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는,
분진으로부터 납을 회수하는 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 전해조 내의 전해액의 온도는 약 25℃이며, 유속은 3L/min인 것을 특징으로 하는, 분진으로부터 납을 회수하는 장치.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130069698A (ko) | 2009-09-08 | 2013-06-26 | 제이엑스 닛코 닛세키 킨조쿠 가부시키가이샤 | 납의 전해 방법 |
| KR101394521B1 (ko) | 2012-03-28 | 2014-05-14 | 베페사징크코리아 주식회사 | 전기로 제강분진의 처리방법 |
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2022
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