[논문]형우(螢右) 함유(含有) 슬래그 노이(盧理)를 통한 PCB 스크랩으로부터 Au, Ag, Ni의 회수(回收)에 관한 연구(班究)

박주현

doi:10.7844/kirr.2011.20.4.058

형우(螢右) 함유(含有) 슬래그 노이(盧理)를 통한 PCB 스크랩으로부터 Au, Ag, Ni의 회수(回收)에 관한 연구(班究)
Recovery of An, Ag, and Ni from PCB Wastes by CaF2-containing Slag 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.20 no.4, 2011년, pp.58 - 64

초록
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고온에서 PCB 처리를 통한 Au, Ag와 같은 귀금속뿐 아니라 Ni과 같은 주요 회유금속을 회수하기 위한 기초연구로서 CaO-$Al_2O_3$(-$SiO_2$) 및 CaO-$SiO_2$-$CaF_2$ 슬래그를 이용하여 Au, Ag, Ni의 회수거동올 관찰하였다. 슬래그 투입 없이 PCB만으로 용융실험을 수행한 결과 PCB는 거의 용융되지 않았으며, 이로부터 유도전류를 이용한 용융을 촉진할 뿐 아니라 유가금속의 회수를 위해서는 Cu와 갇은 적절한 base metal이 필요함을 확인하였다. 본 연구결과, PCB/Cu ratio는 1 이하가 바람직할 것으로 생각된다. CaO-$Al_2O_3$(-$SiO_2$) 및 CaO-$SiO_2$-$CaF_2$ 슬래그를 투입한 결과, $CaF_2$를 함유하는 fluorosilicate계 슬래그가 calcium aluminate계 슬래그보다 융점과 점도가 낮게 제어되었으며, 이로부터 Au, Ag, Ni의 높은 분배비를 얻을 수 있었다. 점도가 낮은 $CaF_2$ 함유 슬래그 적용 시 높은 유가금속 회수율은 슬래그 내에서 각 금속입자의 등속침강속도가 상승하기 때문인 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recovery of novel metals such as Au, Ag and Ni from wastes PCB was investigated by slag treatments. The CaO-$Al_2O_3$(-$SiO_2$) and CaO-$SiO_2$-$CaF_2$ slags were employed in the present study. The PCB/Cu ratio is recommended to be lower than unity. The use of CaO-$SiO_2$-$CaF_2$ slag provided the more higher yield of Au, Ag and Ni than the CaO-$Al_2O_3$(-$SiO_2$) slag did, which was mainly due to the lower melting point and the viscosity of $CaF_2$-containing slag. The terminal descending velocity of metal droplets in the slag phase increased with decreasing slag viscosity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나, 전술한 기존의 연구에서는 CMAS계 슬래그를 사용하였으므로 저점도 슬래그 설계에 제한이 있을 것으로 생각되며, 본 연구에서는 융점 및 점도 강하에 효과적인 형석 (CaF2) 함유 CaO-SiO₂-CaF2 슬래그를 이용하여 PCB 용해 및 유가금속 희수거동을 살펴보고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 슬래그 중 metal droplet 의 등속 침강속도 (terminal velocity) 계산을 수행하였다. 이 때 슬래그 내의 metal droplete 구형이라 가정하고, 입자에 작용하는 중력, 부력, 마찰저항력 간의 균형 관계가 존재하며, 슬래그 융체에 작용하는 교반력이 적어 Stokes regime 가정 시 등속침강속도는 식 (2)와 같이 정리된다.
본 연구에서는 적정 PCB 처리조건 및 유가금속 회수조건을 도출하기 위해 총 3차례에 걸쳐 용융 및 금속 회수 실험을 진행하였다.

제안 방법

실험은 1차 실험에서와 동일한 유도로와 alumina 도가니를 활용하여 진행하였다. 150(TC에서 PCB와 Cu의 용융을 진행하고, 1시간 경과 후 미리 제조해 둔 CaQAKQ, Aux 12 g 을 투입하였다. Flux 투입 후 1시간을 추가적으로 유지한 후 1차 실험에서와 동일한 방법으로 냉각, 시편채취, 성분분석 과정을 반복하였다.
1차 용융 실험에서는 PCB/Cu 중량비를 2.9로 하여 유가 금속 포집을 위한 포집금속인 Cu의 비율이 매우 낮을 때 PCB 용융거동을 관찰하였다. 그림 Fig.
1차 용융실험에서는 Fig. 1에 보인 바와 깉-이 폐 휴대폰으로부터 분리된 PCB를 10-20 mm 크기로 파쇄한 후 고순도 (99.99%) Cu와 각각 130 g, 45 g의 비율로 alumina 도가니에 장입하여 1500℃, Ar 분위기에서 2시간 동안 용융실험을 진행하였다. 용융실험을 위해서 Fig.
2차 용융실험에서는 1차 실험 대비 슬래그 첨가의 효과를 검증하기 위해 CaO-Al2O₃ (wt%CaO/wt%Al2O₃ = 1.0) flux를 l&MFC에서 백금도가니를 이용하여 제조하였다. 또한, PCB/Cu ratio를 130/45(= 2.
3차 용융실험에서는 슬래그 점도를 최대한 낮게 유지하기 위해 aO-Si02-20wt%CaF2 (wt%CaO/6SiQ = 1.0) flux를 사용하였으며, 용융 과정이 진행되는 동안 환원성 분위기를 유지함과 동시에 슬래그 조성의 변동을 최소화하기 위해 graphite 도가니를 사용하였다. 이 때 CaO-SiO₂-CaF2 flux는 백금 도가니를 이용하여 사전에 용융하여 제작하였다.
150(TC에서 PCB와 Cu의 용융을 진행하고, 1시간 경과 후 미리 제조해 둔 CaQAKQ, Aux 12 g 을 투입하였다. Flux 투입 후 1시간을 추가적으로 유지한 후 1차 실험에서와 동일한 방법으로 냉각, 시편채취, 성분분석 과정을 반복하였다. 실험 후 슬래그 조성은 X선 형광 (XRF) 분석법으로 분석하였다.
고온에서 PCB 처리를 통한 Au, Ag와 같은 귀금속뿐 아니라 Ni과 같은 주요 희유금속을 회수하기 위한 기초연구로서 Ca0-Al2O₃(-SiO₂) 슬래그 및 상대적으로 점도가 낮은 CaO-SiO₂-CaF2 슬래그를 이용하여 Au, Ag, Ni의 회수거동을 살펴보았으며, 주요 결론은 다음과 같다.
0) flux를 l&MFC에서 백금도가니를 이용하여 제조하였다. 또한, PCB/Cu ratio를 130/45(= 2.9)에서 130/200 (=0.7)로 변경하여 PCB 용해 후 유가금속 회수를 위한 포집 금속의 양을 충분히 제공하였다. 실험은 1차 실험에서와 동일한 유도로와 alumina 도가니를 활용하여 진행하였다.
이 때 CaO-SiO₂-CaF2 flux는 백금 도가니를 이용하여 사전에 용융하여 제작하였다. 또한, PCB의 전처리 효과를 검증하기 위해 PCB를 500%에서 무산소 소각 처리한 후 용융 실험을 진행하였다.
7로 하여 유가 금속 포집을 위한 Cu 를 증량하였으며, 이는 도가니 크기 및 용융 구리의 밀도를 고려하여 충분한 (20 mm liquid pool height) 용융 포집금속 형성 조건에 해당한다. 또한, 융점이 1450℃ 정도로 비교적 낮은 CaO- A12O₃ (C/A = 1.0) flux를 투입하여 용융 슬래그 형성에 의한 용융 및 금속회수 효율을 평가하였다. Fig.
본 연구에서는 1500℃에서 metal droplet의 밀도를 보다 정량적으로 평가하기 위해 각 금속원소의 밀도를 식 (3)으로부터 계산하였다.
99%) Cu와 각각 130 g, 45 g의 비율로 alumina 도가니에 장입하여 1500℃, Ar 분위기에서 2시간 동안 용융실험을 진행하였다. 용융실험을 위해서 Fig. 2에 보인 고주파 정밀유도용해로를 이용하였으며, Ar 가스는 불순물로 존재하는 산소를 제거하게 위해 M.g scrap과 450℃에서 반응시킨 후 석영 chamber 내부로 공급하였다. 1500℃에서 2시간 동안 용융 후 유도로 전원을 차단하여 로냉하였으며, 포집금속으로 사용한 Cu 내에 잔류한 Au, Ag, Ni의 함량을 유도결합플라즈마 (ICP-AES) 분석법으로 정량화였다.
10에 나타내었다. 이 때본 연구에서 육안으로 관찰된 금속입자 크기는 최대 1 mm 이하였으므로, 이를 반영하여 계산결과를 비교하였다. Fig.
CaF? 함유 flux를 투입하여 금속 회수거동을 평가하였다. Fig.

대상 데이터

7)로 변경하여 PCB 용해 후 유가금속 회수를 위한 포집 금속의 양을 충분히 제공하였다. 실험은 1차 실험에서와 동일한 유도로와 alumina 도가니를 활용하여 진행하였다. 150(TC에서 PCB와 Cu의 용융을 진행하고, 1시간 경과 후 미리 제조해 둔 CaQAKQ, Aux 12 g 을 투입하였다.

이론/모형

g scrap과 450℃에서 반응시킨 후 석영 chamber 내부로 공급하였다. 1500℃에서 2시간 동안 용융 후 유도로 전원을 차단하여 로냉하였으며, 포집금속으로 사용한 Cu 내에 잔류한 Au, Ag, Ni의 함량을 유도결합플라즈마 (ICP-AES) 분석법으로 정량화였다.
Flux 투입 후 1시간을 추가적으로 유지한 후 1차 실험에서와 동일한 방법으로 냉각, 시편채취, 성분분석 과정을 반복하였다. 실험 후 슬래그 조성은 X선 형광 (XRF) 분석법으로 분석하였다.

성능/효과

1) PCB의 고온 용융처리를 위해 슬래그 투입 없이 PCB만으로 용융실험을 수행한 결과 PCB는 거의 용융되지 않았으며, 이로부터 유도전류를 이용한 용융을 촉진할 뿐 아니라 유가금속의 포집을 위해서는 Cu와 같은 적절한 포집금속이 필요함을 확인하였다. 또한, PCB/Cu ratio는 1 이하가 적절하였다.
3) 점도가 낮은 CaF2 함유 슬래그 적용 시 높은 유가 금속 회수율은 슬래그 내에서 각 금속입자의 등속 침강속도가 상승하기 때문인 것으로 평가되었다.
결론적으로, PCB의 용융처리 공정개발을 위해서는 metal droplet의 침강을 효율적으로 유도해야하며, 이를 위해서는 저융점, 저점도 슬래그의 설계가 필수적임을 알 수 있다. 따라서 기존에 보고된 8em;"> 수 있다. 따라서 기존에 보고된 CaO-SiO₂-Al2O₃- MgO계 슬래그 뿐 아니라 CaO-SiO₂-CaF27i] 슬래그가 유가금속 회수에 매우 효과적임을 검증할 수 있었다.
따라서, PCB의 건식처리를 위해서는 PCB/Cu 비가 일정수준 이하로 낮아야 하며, PCB를 구성하는 금속 성분의 산화에 의해 발생하는 산화물 성분과 함께 슬래그 융점을 낮게 유지할 수 있는 flux의 투입이 필수적임을 확인할 수 있다.
슬래그를 투입한 결과, CaF?를 함유하는 fluorosilicate계 슬래그가 calcium aluminate계 슬래그보다 융점과 점도가 낮게 제어되었으며, 이로부터 Au, Ag, Ni의 높은 분배비를 얻을 수 있었다.
슬래그 중에 분산되어 있는 metal droplet을 분리한 후 슬래그 성분 분석 결과, alumina 도가니를 사용하였음에도 불구하고 Fig. 5에 보인 바와 같이 많은 양의 silica가 생성되었음이 확인되었다. 이는 기존의 연구에서 PCB 용융 시 금속 Si의 산화에 의한 silica 성분 증가 경향과 양호한 일치를 보이는 결과라 할 수 있다.

후속연구

전술한 실험결과로부터 PCg 용융처리 공정에서 슬래그 중 metal droplet의 침강을 효율적으로 유도하는 것이 매우 중요한 조업인자가 될 것으로 예상할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 슬래그 중 metal droplet 의 등속 침강속도 (terminal velocity) 계산을 수행하였다.

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상세보기
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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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