KR20240057678A

KR20240057678A - 동박 제조용 양극 재생을 위한 리드물질 제거방법

Info

Publication number: KR20240057678A
Application number: KR1020220138158A
Authority: KR
Inventors: 김상욱; 김상수; 박미정; 김주아; 이지현
Original assignee: 주식회사 웨스코일렉트로드
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-05-03
Also published as: EP4361315A1; CA3190302A1; US20240133067A1; JP2024062918A; US20240229274A9; JP7551811B2; CN117926349A

Abstract

본 발명은 동박 제조용 양극을 재생하기 위한 방법으로 리드물질을 제거하는 방법을 제안한다. 본 발명은, 세정액 준비과정, 양극세척과정, 그리고 양극 수세과정을 포함한다. 세정액 준비과정은 EDTA와 구연산(citric acid) 수용액을 포함하는 세정액을 준비하는 것이다. 이러한 세정액은, 7~9의 pH 농도와, 20~50℃의 온도 범위를 유지하면서 양극세척과정을 진행한다. 그리고 양극세척과정은, 리드물질이 표면에 부착된 동박 제조용 양극을 세정액에 넣어서 세척함으로써, EDTA-Pb 킬레이팅이 진행되도록 한다. 이렇게 하여 리드물질이 세정액으로 이동한 후, 리드물질이 제거된 동박 제조용 양극을 고압세척기로 세척하게 된다.

Description

동박 제조용 양극 재생을 위한 리드물질 제거방법{Method for removing lead materials on anode of electrolytic copper foil}

본 발명은 전해 동박을 제조하기 위한 제조장치를 구성하는 양극에서 리드물질(Lead materials)을 제거하여 양극을 재생하기 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ETDA 및 구연산을 이용하여 동박용 양극의 리드물질을 효율적으로 제거하여 동박 제조용 양극을 재생시키기 위한 양극의 리드물질 제거방법에 관한 것이다.

전해 반응을 이용하여, 동박의 제조를 위한 선행 특허로 한국 공개 특허 제10-2019-0038325호를 들 수 있다. 이러한 선행 특허 문헌의 기술적 내용은 공지된 것이라고 할 수 있다. 간단하게 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이, 전해 동박의 제조를 위하여, 전해조(10)의 전해액(12)에 침지시킨 불용성 양극(20)과 드럼 형상의 회전 드럼형 음극(30)으로 이루어지는 전기도금장치가 이용된다.

불용성 양극(20)은, 드럼형 음극(30)과 마주보도록 설치되어 있고, 드럼형 음극(30)의 "원형윤곽"을 따르도록 오목한 형상을 가지고 있다. 이와 같은 불용성 양극(20)과 드럼형 음극(30) 사이에서 통전이 이루어지면, 드럼형 음극(30)의 표면에 금속성분을 성장시킬 수 있다. 따라서, 통전 상태에서 드럼형 음극(30)을 도금용 전극(20)에 대하여 회전시키면, 드럼형 음극(30)에는 전해석출에 기초하여 동박이 형성된다. 이렇게 형성되는 동박을 드럼형 음극(30)으로부터 박리하여 동박을 연속적으로 얻을 수 있다.

이와 같이 동박을 생성하는 과정에서 동박 제조용 양극(20)에는 리드물질(Lead materials)(PbO, PbO₂, PbSO₄)이 부착되어 성장하는 것은 알려져 있다. 이와 같이 전해 동박을 생성하는 시간의 경과에 따라서 리드물질이 부착되고 성장하게 되면, 동박 제조용 양극(20)의 기능이 약화되는 것은 물론이고, 이에 따라 동박의 두께에도 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

따라서 양극(20)을 전해조에서 분리하여 그 표면의 리드물질을 제거하는 것이 필요한다. 이러한 리드물질의 제거하기 위하여 물리적인 힘을 이용할 수 있으나, 이렇게 물리적인 힘을 이용하면 양극의 표면을 손상시킬 수 있는 단점이 우려된다. 다른 방법으로 화학적으로 리드물질을 게거할 수 있는데, 예를 들면 산(Acid)을 이용하여 리드물질을 제거하는 것을 고려할 수 있다.

그러나 산을 이용하게 되면, 작업 환경이 열악해지는 것은 물론이고 환경 친화적이지 못한 단점이 제기된다. 또한 사용한 산이 포함된 폐수의 처리도 환경적으로 경제적으로 바람직하지 못한 것도 사실이다. 따라서 경제성 및 효율성, 그리고 환경 친화성을 충분히 가지면서, 동박 제조용 양극(20)에서 리드물질을 제거할 수 있는 방법이 요구된다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은, EDTA와 구연산을 이용하여 동박 제조용 양극의 리드물질(Lead materials)을 효율적으로 제거할 수 있는 동박 제조용 양극의 리드물질 제거 방법을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 동박을 형성하기 위한 회전 드럼형 음극(30)에 대응하는 오목형상을 가지는 동박 제조용 양극(20)의 표면에 부착된 리드물질(Lead matirials)을 제거하기 위한 방법으로, 세정액 준비과정, 양극세척과정, 그리고 양극 수세과정을 포함한다.

여기서 세정액 준비과정은 EDTA와 구연산(citric acid) 수용액을 포함하는 세정액을 준비하는 것이다. 이러한 세정액은, 7~9의 pH 농도와, 20~50℃의 온도 범위를 유지하면서 양극세척과정을 진행한다. 그리고 양극세척과정은, 리드물질이 표면에 부착된 동박 제조용 양극을 세정액에 넣어서 세척함으로써, EDTA-Pb 킬레이팅이 진행되도록 한다. 이렇게 하여 리드물질이 세정액으로 이동한 후, 리드물질이 제거된 동박 제조용 양극을 워터젯으로 세척하게 된다.

그리고 본 발명의 다른 실시례에 의하면, 상기 양극세척과정이 완료된 EDTA 수용액을 전기분해함으로써, 음극을 통하여 리드물질을 회수하는 과정을 더 포함할 수 있다.

위와 같은 본 발명 동박 제조용 양극에서 리드물질을 제거방법에 의하면, 양극에 부착된 리드물질을 간단하면서도 효율적으로 제거하는 것이 가능하게 되는 장점을 기대할 수 있다. 이러한 점은 실질적으로 본 발명의 방법을 통하여, 동박 제조용 양극을 정상적인 반응이 일어날 수 있는 상태로 재생시킬 수 있다는 것을 의미한다.

그리고 본 발명의 다른 실시례에 의하면, 리드물질이 제거된 수용액에 대하여, 리드성분을 다시 회수함으로써 고가의 EDTA 수용액을 재사용할 수 있는 경제적인 측면에서 장점을 기대할 수 있다. 여기서 세정액에 포함된 리드성분의 회수는 전기분해과정을 거침으로써 음극을 통하여 회수하는 것이 효율적이고 바람직하다.

도 1은 선행 특허 문헌에 의한 전해 동박 제조장치의 예시도.
도 2는 본 발명 전해 동박 제조방법을 보인 플로챠트

다음에는 도면에 도시한 실시례에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명 리드물질 제거방법은 세정액을 준비하는 과정(S10)로 시작된다. 본 발명에서 사용하는 세정액은 전해 동박용 양극의 표면에 부착된 리드물질을 제거하기 위한 것으로, 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA;Ethylenediaminetetraacetic acid)과 구연산(citric acid) 수용액을 이용한다.

본 발명에서 EDTA는 수용성을 충분히 확보하기 위하여 EDTA-4N을 이용한다. 그리고 EDTA-4N을 구연산과 같이 물에 녹여서 세정액을 만드는데, 이렇게 포함되는 구연산을 세정액의 pH를 맞추기 위하여 사용된다. 즉, 본 발명의 세정액은, EDTA-4N과 구연산을 물에 녹여서 준비되는데, 이때 구연산의 양을 조절함으로써 세정액의 pH 농도는 7~9의 범위로 한다.

이와 같이 세정액의 pH값을 최대한 약염기성으로 조절하는 것은, EDTA가 금속 양이온이 적절하게 반응할 수 있도록 하기 위한 것이다. 여기서 pH농도가 이것보다 높으면 EDTA 착물이 불안정하고, OH^-가 EDTA와 경쟁하여 금속 수산화물로 침전되거나 반응성이 없는 착물을 형성하기 때문에 좋지 않다. 그리고 pH농도가 위 범위보다 높으면, 수용성이 낮은 EDTA가 침출되기 때문에 좋지 않기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같은 세정액은 EDTA-4N과 구연산이 포함된 물이고, pH농도가 7-9 범위에 있는 것이라고 정리될 수 있다. 이러한 세정액의 준비(S10)가 완료되면, 다음에는 동박 제조용 양극을 세정하는 전극 세척과정(S12)가 진행된다. 이러한 세척과정(S12)은 동박 제조용 양극을 상술한 세정액에 담궈서 세척하는 것을 의미한다.

동박 제조용 양극을 상술한 세정액 속에 담궈두면, EDTA-4N에서 EDTA-Pb로 바뀌는 킬레이팅이 진행된다. 즉, 동박 제조용 양극의 표면에 붙어 있던 리드물질(Lead materials) 중의 납성분이 세정액 속에서 EDTA와 임시적으로 결합하는 킬레이팅이 일어나게 된다. 이러한 과정은 실질적으로 동박 제조용 양극의 리드물질을 제거하는 것이라고 할 수 있다.

여기서 반응식은, C₁₀H₁₂N₂Na₄O₈·4H₂O + PbO₂ → EDTA-Pb으로 나타낼 수 있고, 결과물은 염기성 상태이고 H₂EDTA 형태로 킬레이팅되어 세정액 속에 용해되어 존재한다. 그리고 이와 같은 세정과정에서 세정액은 상술한 pH농도를 유지하고 온도는 20~50℃를 유지하는 것이 바람직하다. 그리고 세정과정에서 이와 같은 온도 범위는 상술한 반응의 효율성과 온수화에 대한 제반 편의성을 고려한 것이다.

이상과 같은 양극 세척과정(S12)이 완료되면 실질적으로 동박 제조용 양극에서 리드물질을 제거한 상태임을 알 수 있다. 즉, 동박 제조용 양극의 리드물질이 분리되어, 세정액 속에서 EDTA-Pb의 형태로 존재하는 상태이다. 그리고 동박 제조용 양극은 실질적으로 리드물질이 제거된 상태이기 때문에 세척단계를 거쳐 재사용하는 것이 가능한 상태라고 할 수 있다.

여기서 세정액의 EDTA 용액 속에는 리드물질이 존재하고 있기 때문에, 고가인 EDTA 용액을 재사용하기 위해서는 용액속의 리드물질을 제거해야 한다. 이렇게 세정액 속의 리드물질을 제거하기 위하여 전해반응과정(S14)을 수행한다. 즉, EDTA-Pb로 킬레이팅 상태의 세척액을 전해조를 통하여 전해 반응을 일으키게 되는데, 이러한 전해 반응 결과 리드물질은 음극에 도금으로 회수될 수 있다. 여기서 전해조의 형태 및 구성에 대해서는 한정될 필요는 없고, 다단의 양극 및 음극으로 구성되는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 전해반응을 통하여 리드물질이 음극에 부착되는 것은 실질적으로 세정액인 EDTA 용액에서 리드물질을 제거하는 것이다. 이렇게 리드물질에 제거되면, 고가의 EDTA 용액을 다시 세정액으로 사용할 수 있게 되기 때문에 경제적으로 상당한 이점이 있을 것임은 당연하다. 따라서 전해반응 과정(S14)은 실질적으로 EDTA가 포함된 세정액을 재생하는 것임을 알 수 있다.

그리고 양극 수세과정(S12)을 통하여 리드물질이 제거된 전해 동박 제조용 양극은 수세과정(S16)에서 고압세척기로 세척됨으로써 완전히 재생된다. 이러한 후처리에는 고압세척기로 세척하는데 한정되지 않고, 다양한 방법으로 세척하는 것이 가능함은 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 당연할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다양한 변형이 가능할 것으로 생각된다. 그리고 본 발명의 보호범위는 청구범위의 기재에 기초하여 해석되어야 할 것임은 특허법의 규정 취지상 당연할 것이라고 할 수 있다.

10 ..... 전해조
12 ..... 전해액
20 ..... 불용성 양극
30 ..... 회전 드럼형 음극

Claims

동박을 형성하기 위한 회전 드럼형 음극(30)에 대응하는 오목형상을 가지는 동박 제조용 양극(20)의 표면에 부착된 리드물질(Lead matirials)을 제거하기 위한 방법으로;
EDTA와 구연산(citric acid) 수용액을 포함하는 세정액 준비과정;
리드물질이 표면에 부착된 동박 제조용 양극을 세정액에 넣어서 세척함으로써, EDTA-Pb 킬레이팅이 진행되는 양극세척과정; 그리고
리드물질이 제거된 동박 제조용 양극을 고압세척기로 세척하는 수세과정을 포함하고;
상기 세정액은, 7~9의 pH 농도와, 20~50℃의 온도 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 동박 제조용 양극에서 리드물질 제거방법.
제 1 항에 있어서, 상기 양극세척과정이 완료된 EDTA 수용액을 전기분해함으로써, 음극을 통하여 리드물질을 회수하는 과정을 더 포함하여 구성되는 동박 제조용 양극에서 리드물질 제거방법.