폐 PCBs의 스크랩으로부터 염소-차아염소산염 용액을 이용하여 Au와 Ag를 친환경적이고 효과적으로 용출시키고자 하였다. PCBs에 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Au 등과 같은 유용금속이 함유되어 있는 것을 EDS 분석으로 확인하였다. 최대 Au 용출율은 1%의 광액농도, 2:1의 염산:차아염소산나트륨 그리고 2 M의 NaCl 농도조건이다. Au 회수율이 가장 높은 메타중아황산나트륨 농도는 3 M에서였다. 염소-차아염소산염이 폐 컴퓨터에 함유되어 있는 Au와 Ag를 효과적으로 용출시킬 수 있는 용매제 임을 그리고 메타중아황산나트륨이 Au를 간단하게 침전시킬 수 있는 첨가제임을 확인하였다.
폐 PCBs의 스크랩으로부터 염소-차아염소산염 용액을 이용하여 Au와 Ag를 친환경적이고 효과적으로 용출시키고자 하였다. PCBs에 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Au 등과 같은 유용금속이 함유되어 있는 것을 EDS 분석으로 확인하였다. 최대 Au 용출율은 1%의 광액농도, 2:1의 염산:차아염소산나트륨 그리고 2 M의 NaCl 농도조건이다. Au 회수율이 가장 높은 메타중아황산나트륨 농도는 3 M에서였다. 염소-차아염소산염이 폐 컴퓨터에 함유되어 있는 Au와 Ag를 효과적으로 용출시킬 수 있는 용매제 임을 그리고 메타중아황산나트륨이 Au를 간단하게 침전시킬 수 있는 첨가제임을 확인하였다.
This study was carried out to find an environmental friendly and effective way to leach Au and Ag from scrap of Printed Circuit Boards (PCBs) using sodium-hypochlorite solution. In an EDS analysis, valuable metals such as Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb and Au were all found in PCBs. The highest leaching rat...
This study was carried out to find an environmental friendly and effective way to leach Au and Ag from scrap of Printed Circuit Boards (PCBs) using sodium-hypochlorite solution. In an EDS analysis, valuable metals such as Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb and Au were all found in PCBs. The highest leaching rates obtained were 1% of pulp density with a chlorine:hypochlorite of 2:1 and a concentration of NaCl at 2M. The highest Au recovery was observed with the addition of sodium metabisulfite to make a 3M solution. It is confirmed that the leaching agent (chlorine-hypochlorite) could effectively leach Au and Ag from Printed Circuit Boards (scrap parts) and the additive reagent sodium metabisulfite could easily precipitate Au from the chlorine-hypochlorite solution.
This study was carried out to find an environmental friendly and effective way to leach Au and Ag from scrap of Printed Circuit Boards (PCBs) using sodium-hypochlorite solution. In an EDS analysis, valuable metals such as Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb and Au were all found in PCBs. The highest leaching rates obtained were 1% of pulp density with a chlorine:hypochlorite of 2:1 and a concentration of NaCl at 2M. The highest Au recovery was observed with the addition of sodium metabisulfite to make a 3M solution. It is confirmed that the leaching agent (chlorine-hypochlorite) could effectively leach Au and Ag from Printed Circuit Boards (scrap parts) and the additive reagent sodium metabisulfite could easily precipitate Au from the chlorine-hypochlorite solution.
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문제 정의
그러므로 친환경적이고 간단한 방법을 폐전자부품에 적용한다면 많은 양의 Au 회수는 물론 귀금속 및 희유금속도 회수할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구 목적은 염소-차아염소산염을 이용하여 폐 PCBs의 스크랩으로부터 Au를 친환경적으로 용출시키고, 또한 이 용출용액에 메타중아황산나트륨 용액을 첨가하여 Au를 효과적으로 회수하였으며, 용출 및 침전실험을 통하여 최대 Au 용출 및 회수 인자들을 얻고자하였다.
제안 방법
용출용액에 용해되어 있는 Au를 침전시키기 위하여 메타중아황산나트륨을 농도별로 첨가하였다. Au 침전실험이 진행되는 동안 용출용액을 시간별로 분석하여 메타중아황산나트륨 첨가에 따른 Au 제거 함량과 침전율을 조사하였다. 메타중아황산나트륨 1 M 첨가하고 60분 후, Au 함량은 3389 mg kg−1, 2 M을 첨가했을 때 190 mg kg−1, 그리고 3 M일 때 118 mg kg−1이였다 (Fig.
, 2010) 산화제로 MnO2를 사용한다면(Leon and Quispe, 1986) Au 용출율을 더 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. Au가 최대로 용출되는 변수를 이용하여 용출용액을 제조하고 10배의 광액농도에서 용출실험을 수행하였다. 750 mL 용출용액에 메타중아황산나트륨을 농도별로 첨가한 결과 Au 침전율이 3 M에서 96%였다.
초기 용출실험에서 Au-Ag 용출율(%)이 최대로 나타나는 변수 하나를 결정하였다. 결정된 변수로 용출용액을 제조하고, 용출실험을 수행하여 다음 변수를 결정하였다. 이와 같이 Au 최대 용출율이 나타나는 변수들을 단계별로 결정하였다.
광액농도를 1%로 고정하고 염산:차아염소산나트륨 비율을 1:1, 1.5:1, 2:1로 혼합하여 용출용액을 제조하였다(Fig. 4). 용출실험을 수행한 결과, 혼합비율 1:1에서 Au가 59%, 1.
메타중아황산나트륨 첨가에 따른 침전물을 0.45 µm 여과 후 채취하여, SEM 및 EDS 분석하였다.
이와 같이 Au 최대 용출율이 나타나는 변수들을 단계별로 결정하였다. 삼각 플라스크에 35% HCl (hydrochloric acid) 용액과 5% NaClO (sodium hypochlorite) 용액을 1.5:1 비율로 혼합하고 NaCl 1 M을 첨가하여 75 mL의 용출 용액을 조제하였다. 이 용출용액에서 광액농도에 따른 용출실험을 15분 동안 상온에서 수행하였다.
스크랩에 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Au 등의 유용금속이 함유되어 있는 것을 EDS 분석으로 확인하였다. Au가 최대로 용출되는 광액농도는 1%에서, 염산:차아염소산나트륨 비율은 2:1에서 그리고 NaCl 농도는 2 M에서였다.
쓰레기로 버려지는 스크랩에는 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Au 등이 함유되어 있는 것을 EDS 분석으로 확인하였다. 스크랩에 염소-차아염소산염 용액을 적용하여 Au와 Ag를 친환경적으로 용출시켰다. 최대 Au 용출율이 나타나는 변수를 단계별로 결정한 결과 광액농도 1%에서 Au가 61% (241 mg kg−1), 염산:차아염소산나트륨 비율 2:1에서 77% (304 mg kg−1) 그리고 NaCl 농도 2 M에서 80% (316 mg kg−1) 용출되었다.
왕수분해, 용출 및 침전실험의 용출용액에 함유된 Au 및 Ag 함량을 원자흡광분광기(atomic absorption spectrophotometry, AAS, AA-7000, Shimadzu, Japan)로 측정하였다. 스크랩을 연마편으로 제작하여 금속 단면에 대하여 편광반사현미경(Leitz, Othplan-pol) 및 SEM(scanning elelctron micropscope, Japan, Hitachi, S4800) 관찰을 수행하였고 금속성분은 EDS (energy dispersive analyzer, Japan, Hitachi, S4800)분석으로 확인하였다. 침전물에 대하여 SEM 관찰과 EDS 분석을 수행하였다.
이는 Au, Ag는 고가일 뿐만 아니라 지난 30년 동안 전자산업에서 상당량 사용되어 왔기 때문이다. 쓰레기로 버려지는 스크랩에는 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Au 등이 함유되어 있는 것을 EDS 분석으로 확인하였다. 스크랩에 염소-차아염소산염 용액을 적용하여 Au와 Ag를 친환경적으로 용출시켰다.
염산:차아염소산나트륨을 1.5:1로 혼합하여 염소-차아염소산염 용출용액(75 mL)을 제조하였고, 스크랩을 광액농도(w v−1)별로 첨가하여 용출실험을 상온에서 15분 동안 각각 수행하였다(Fig. 3).
45 µm 여과지로 여과하였다. 왕수분해, 용출 및 침전실험의 용출용액에 함유된 Au 및 Ag 함량을 원자흡광분광기(atomic absorption spectrophotometry, AAS, AA-7000, Shimadzu, Japan)로 측정하였다. 스크랩을 연마편으로 제작하여 금속 단면에 대하여 편광반사현미경(Leitz, Othplan-pol) 및 SEM(scanning elelctron micropscope, Japan, Hitachi, S4800) 관찰을 수행하였고 금속성분은 EDS (energy dispersive analyzer, Japan, Hitachi, S4800)분석으로 확인하였다.
이 용출용액에서 광액농도에 따른 용출실험을 15분 동안 상온에서 수행하였다. 용출실험이 진행되는 동안 시간별로 용출액 1 mL를 채취-분석하여 Au 최대 용출율이 나타나는 광액농도를 결정하였다. 이 광액농도에서 염산과 차아염소산나트륨 혼합 비율에서 용출실험을 각각 수행하였다.
750 mL 용출용액에는 Au가 3920 mg kg−1 그리고 Ag는 624 mg kg−1이 용해되어 있는 셈이다. 용출용액에 용해되어 있는 Au를 침전시키기 위하여 메타중아황산나트륨을 농도별로 첨가하였다. Au 침전실험이 진행되는 동안 용출용액을 시간별로 분석하여 메타중아황산나트륨 첨가에 따른 Au 제거 함량과 침전율을 조사하였다.
용출실험이 진행되는 동안 시간별로 용출액 1 mL를 채취-분석하여 Au 최대 용출율이 나타나는 광액농도를 결정하였다. 이 광액농도에서 염산과 차아염소산나트륨 혼합 비율에서 용출실험을 각각 수행하였다. 최대 Au 용출율이 나타나는 혼합비율을 결정하였고, 다시 NaCl 농도에 따른 용출실험을 수행하였다.
결정된 변수로 용출용액을 제조하고, 용출실험을 수행하여 다음 변수를 결정하였다. 이와 같이 Au 최대 용출율이 나타나는 변수들을 단계별로 결정하였다. 삼각 플라스크에 35% HCl (hydrochloric acid) 용액과 5% NaClO (sodium hypochlorite) 용액을 1.
이 광액농도에서 염산과 차아염소산나트륨 혼합 비율에서 용출실험을 각각 수행하였다. 최대 Au 용출율이 나타나는 혼합비율을 결정하였고, 다시 NaCl 농도에 따른 용출실험을 수행하였다.
침전실험이 진행되는 동안 용출용액을 시간별로 1 mL 채취하여 Au 함량을 측정하였다. 최대 Au 침전이 일어나는 메타중아황산나트륨 농도를 결정하였다.
스크랩을 연마편으로 제작하여 금속 단면에 대하여 편광반사현미경(Leitz, Othplan-pol) 및 SEM(scanning elelctron micropscope, Japan, Hitachi, S4800) 관찰을 수행하였고 금속성분은 EDS (energy dispersive analyzer, Japan, Hitachi, S4800)분석으로 확인하였다. 침전물에 대하여 SEM 관찰과 EDS 분석을 수행하였다.
750 mL 용출용액에 메타중아황산나트륨을 농도별로 첨가하여 금속성의 Au를 침전시켰다. 침전실험이 진행되는 동안 용출용액을 시간별로 1 mL 채취하여 Au 함량을 측정하였다. 최대 Au 침전이 일어나는 메타중아황산나트륨 농도를 결정하였다.
64 mm 범위이다. 표면에 피복된 금속 성분을 확인하기 위하여 연마편을 제작하였다(Fig. 1).
8a의 결정은 소금과 황 결정으로 사료된다. EDS분석 결과 Na (3.13 wt. %), Al (0.6), Si (1.29), S (46.62), Cl (5.09) 및 Fe (43.26) 등이 검출되었다. 그리고 Fig.
Ag는 광액농도 1%에서 65%(40 mg kg−1), 광액농도 2%에서 27% 그리고 광액농도 5%에서 3%가 용출되었다. 광액농도 1%에서 Au와 Ag 용출율이 각각 최대로 나타났고, 광액농도가 증가하면 Au와 Ag의 용출율이 감소하였다.
스크랩에 함유되어 있는 Au와 Ag를 염소-차아염소산염을 적용함으로서 친환경적으로 그리고 매우 빠른 반응으로 용출시킬 수 있었다. 그리고 메타중아황산나트륨을 첨가함으로서 간단하게 Au가 침전되는 것을 확인하였다.
용출실험 6분 이후에는 반응이 거의 일어나지 않는 것이 관찰되었다. 따라서 생성되는 염소 가스가 Au 용출에 이용되도록 하고 그리고 용출반응이 6분 이상에서도 지속적으로 천천히 일어나게 한다면 90% 이상의 Au 용출율을 기대할 수 있을 것이다. 또는 Ca(OCl)2, CuCl2, FeCl3을 사용하거나(Almeida and Amarante, 1995; Barbieri et al.
메타중아황산나트륨 농도 3M을 첨가했을 때 Au 회수율이 가장 높았다. 스크랩에 함유되어 있는 Au와 Ag를 염소-차아염소산염을 적용함으로서 친환경적으로 그리고 매우 빠른 반응으로 용출시킬 수 있었다. 그리고 메타중아황산나트륨을 첨가함으로서 간단하게 Au가 침전되는 것을 확인하였다.
여러 종류의 핀으로 이루어진 스크랩 0.75g을 왕수분해한 결과 Au가 392.01 mg kg−1이 그리고 Ag는 45.48 mg kg−1으로 측정되었다.
만약 더 많은 폐 전자부품을 용출용액에 적용한다면 육안으로 확인할 수 있는 Au 입자를 회수할 수 있을 것이다. 염소-차아염소산염 용출용액이 반응속도도 매우 빠르고 친환경적인 용매제임을 그리고 메타중아황산나트륨이 Au를 간단하게 침전시킬 수 있는 첨가제임을 확인하였으며, 기존의 도시광석을 이용한 실험과 비교하여 본 연구는 PCBs에 Au 의 구성 및 존재량이 다르며, 전체적인 자원회수공정이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 본 연구를 기초로 semi-pilot 수준으로 확대한다면 버려지는 폐 전자부품으로부터 Au는 물론 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Ag와 같은 유용금속들을 지속적으로 그리고 친환경적으로 회수 할 수 있을 것이다.
용출실험을 수행한 결과, 혼합비율 1:1에서 Au가 59%, 1.5:1에서 73% 그리고 2:1에서 77% (304 mg kg−1)가 용출되었다.
최대 Au 용출율이 나타나는 변수를 단계별로 결정한 결과 광액농도 1%에서 Au가 61% (241 mg kg−1), 염산:차아염소산나트륨 비율 2:1에서 77% (304 mg kg−1) 그리고 NaCl 농도 2 M에서 80% (316 mg kg−1) 용출되었다.
1은 포트(port) 및 슬롯(slot)에 연결하는 핀(pin)의 단면을 편광현미경으로 관찰한 것이다. 핀을 구성하는 금속 부분은 Cu (100.0 wt. %)으로 구성되어 있고 핀과 핀을 연결하는 접합부분은 Sn (47.32 wt. %), Sb (4.96), Al (1.32) 및 O (46.40)로 되어 있는 것을 EDS분석으로 확인하였다. Fig.
후속연구
Au 입자를 침전물에서 SEM으로 확인하지 못한 이유는 750 mL에 용해된 Au 함량(약 3920 mg kg−1)이 너무 적은 양이기 때문으로 사료된다. 광액농도를 더 증가시켜 용출용액에 Au 함량을 증가시킨다면 침전물에서 육안으로 볼 수 있는 Au 입자를 얻을 수 있을 것이다.
침전물에서 Au 입자는 확인하지 못하였다. 만약 더 많은 폐 전자부품을 용출용액에 적용한다면 육안으로 확인할 수 있는 Au 입자를 회수할 수 있을 것이다. 염소-차아염소산염 용출용액이 반응속도도 매우 빠르고 친환경적인 용매제임을 그리고 메타중아황산나트륨이 Au를 간단하게 침전시킬 수 있는 첨가제임을 확인하였으며, 기존의 도시광석을 이용한 실험과 비교하여 본 연구는 PCBs에 Au 의 구성 및 존재량이 다르며, 전체적인 자원회수공정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.
염소-차아염소산염 용출용액이 반응속도도 매우 빠르고 친환경적인 용매제임을 그리고 메타중아황산나트륨이 Au를 간단하게 침전시킬 수 있는 첨가제임을 확인하였으며, 기존의 도시광석을 이용한 실험과 비교하여 본 연구는 PCBs에 Au 의 구성 및 존재량이 다르며, 전체적인 자원회수공정이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 본 연구를 기초로 semi-pilot 수준으로 확대한다면 버려지는 폐 전자부품으로부터 Au는 물론 Cu, Sn, Sb, Al, Ni, Pb, Ag와 같은 유용금속들을 지속적으로 그리고 친환경적으로 회수 할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폐전자제품의 구성성분은?
전세계적으로 폐전자제품이 쓰레기로 매년 20-50 백만 톤이 발생되고 있으며, 약 61%가 금속 그리고 21%가 플라스틱으로 되어 있다. 이 금속 중에는 Fe, Cu, Al, Pb, Sn, Ni, Au, Ag 및 Pd 등이 함유되고 있다.
폐전자제품이 도시광석으로 불리는 이유는?
% 함유되어 있다(Kang and Schoenung, 2005). 폐전자제품에는 일반금속(base metal)과 귀금속(platinum group metals, PGM)은 물론 인듐(indium), 탄탈럼(tantalum) 등과 같은 희유원소들이 포함되어 있기 때문에 도시광석(urban ore 혹은 E waste)으로 불린다(Yamasue et al., 2009; Pant et al.
염소-차아염소산염의 장점은?
염소-차아염소산염은 초기에 시안 대체 용매제로 개발되었다. 이 용매제는 Au를 매우 빠르게 용해시키고 시안에 비하여 환경에 대한 독성이 매우 적은 장점을 갖고 있다. 따라서 염소-차아염소산염을 정광 및 광미로부터 Au과 Ag 용출(Almeida and Amarante, 1995; Jeffrey et al.
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