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MOCVD 더스트 합성용액으로부터 D2EHPA를 이용한 In의 선택적 용매추출
Selective Solvent Extraction of In from Synthesis Solution of MOCVD Dust using D2EHPA 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.24 no.5, 2015년, pp.80 - 86  

임병용 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  이찬기 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  박재량 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  박경수 (고등기술연구원 신소재공정센터) ,  심종길 ((주)엔코) ,  박정진 ((주)엔코)

초록
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In, Ga, Fe, Al이 함유되어 있는 혼합용액으로부터 In을 분리하기 위해 D2EHPA를 이용한 용매추출 연구를 수행하였으며, In의 추출에 대한 수상의 HCl 및 추출제 농도 효과를 확인하였다. In과 Ga의 추출률은 HCl 농도의 감소에 따라 증가하였지만, Fe와 Al의 추출률에는 큰 영향을 미치지 않았다. In과 Ga의 분리인자($D_{In}/D_{Ga}$)는 1.0 M D2EHPA, 0.5 M HCl조건에서 115로 나타났다. 즉, D2EHPA는 혼합용액으로부터 In을 분리하는 추출제로 적합하며, 추출률 및 분리인자는 HCl 및 추출제의 농도 조절을 이용하여 조절할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The separation of In from the synthesis solution with Ga, Fe, and Al has been studied by the solvent extraction using D2EHPA as an extractant. The effects as a function of the concentration of extractant and HCl on the extraction of In were investigated. The extraction of In and Ga increased with de...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 반응에 참여하지 않고 배출되는 MOCVD 더스트의 In 회수를 목적으로 MOCVD 더스트 침출 모사액을 제조하였으며, 모사액으로부터 금속화에 유리한 용액을 제조하기 위하여 용매추출을 이용하였다. 그리고 수상의 HCl 농도 및 용매추출 시 사용한 D2EHPA의 농도에 따른 추출률 및 분리인자의 거동을 연구하였다.
  • 이 중 LED 제조 과정에서 반도체 박막을 성장시키는데 사용되는 유기금속 화학기상 증착(Metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)을 통해 GaN/InGaN 성장 시 이용되는 원료인 trimethylgallium과 trimethylindium은 10%정도만이 층 형성에 참여하고 90% 이상은 밖으로 배출되어 폐기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 반응에 참여하지 않고 배출되는 MOCVD 더스트의 In 회수를 목적으로 MOCVD 더스트 침출 모사액을 제조하였으며, 모사액으로부터 금속화에 유리한 용액을 제조하기 위하여 용매추출을 이용하였다. 그리고 수상의 HCl 농도 및 용매추출 시 사용한 D2EHPA의 농도에 따른 추출률 및 분리인자의 거동을 연구하였다.
  • 본 연구에서는 In이 함유되어 있는 제조용액으로부터 In을 선택적으로 분리하여 고순도 In 함유 수용액을 제조하기 위한 기초 실험으로 D2EHPA를 추출제로 이용하여 용매추출 실험을 진행하였다. In, Ga, Al, Fe이 포함되어 있는 용액을 제조 한 후 용매추출 실험한 결과 다른 물질에 비해 In의 추출률, 분배계수, 분리인자 값이 크게 나타났으며, O/A = 1, 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
In은 어떻게 생산되는가? In은 Zn, Cu, Fe, Sn, Ni 및 Pb의 황화합물/황염광물을 제련하는 과정 중 발생하는 잔류물, 슬래그, 퓸,더스트를 처리하는 과정에서 부산물 형태로 생산된다.1)그리고 In은 LED, 반도체, 휴대폰, 태양전지, 컴퓨터 등 다양한 분야의 필수 재료로 사용되고 있다.
유가금속이 함유 되어있는 물질로부터 특정 성분을 산·알카리 등의 용매로 녹여 금속 원소를 추출하는 연구는 어떤 것들이 있는가? 습식공정을 이용하여 유가금속을 회수하기 위해서는 유가금속이 함유 되어있는 물질로부터 특정 성분을 산·알카리 등의 용매로 녹여 금속 원소를 추출하는 연구가 진행되어 왔다. 비철제련 슬래그로부터 Fe를 회수하기 위하여 온도를 변수로 강산에 침출하는 연구, 폐초경공구로부터 Co를 회수하기 위하여 산화 공정과 습식 밀링공정을 통해 침출액을 얻는 연구, LED 공정스크랩에서 침출이 어려운 GaN를 볼밀링과 열처리를 통해 침출에 유리한 상변화를 유도하여 침출하는 연구 등이 이루어졌다.5-9) 이렇게 얻어진 침출액은 액상 환원법, 전해채취 공정 등을 통하여 침출액으로부터 고순도 금속을 회수하게 된다.
용매추출은 무엇인가? 용매추출은 비중 차에 의한 섞이지 않는 두 용액간의 관계를 이용하여 원하는 물질을 추출 하는 기술로서 다양한 변수가 있으며 추출제의 종류를 기본으로 수상과 유기상과의 비율, pH, 추출제의 농도 등이 있다. 이러한 변수를 이용하여 원하는 물질의 추출률 및 다른 물질과의 분리율 등을 관찰하는 연구가 이루어지고 있으며, 금속 양이온을 추출하기 위하여 주로 Cynex 272, D2EHPA, PC88A 등의 추출제를 사용한다.
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참고문헌 (20)

  1. Kim JG., 2012: Investigation on recycling in material flow on indium demand industry, J. Kor. Powd. Met. Inst, 19(1), pp. 72-78. 

  2. Kinoshita T, et al., 2011: Selective recovery of gallium with continuous counter-current foam separation and its application to leaching solution of zinc refinery residues, Sep Purif Technol, 78(2), pp. 181-188. 

  3. http://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno5564 

  4. Ko KY, Park JH., 2011: Dissolution Behavior of Indium in CaO-SiO2-Al2O3 Slag, Metall Mater Trans B, 42(6), pp. 1224-1230. 

  5. Lee J, Kim S, Shin D., 2014: Electrodeposition of Iron in HNO3 Solution Containing Iron Dissolved from Copper Slag, J Electrochem Soc, 161(14), pp. 719-724. 

  6. Kim S, Seo B, Son S., 2014: Dissolution behavior of cobalt from WC-Co hard metal scraps by oxidation and wet milling process, Hydrometallurgy, 143, pp. 28-33. 

  7. Swain B, et al., 2015: Recycling process for recovery of gallium from GaN an e-waste of LED industry through ball milling, annealing and leaching, Environ Res, 138, pp. 401-408. 

  8. Swain B, et al., 2015: Recycling of metal-organic chemical vapor deposition waste of GaN based power device and LED industry by acidic leaching: Process optimization and kinetics study, J Power Sources, 281, pp. 265-271. 

  9. Park K, et al., 2014: Study on leaching behavior for recovery of Ga Metal from LED scraps, Appl. Chem. Eng., 25(4), pp. 414-417. 

  10. Choi Y, et al., 2014: Methode for making high purity gallium by electrowinning, J. of Korean inst. of Resources Recycling, 23(6), pp. 62-67. 

  11. Liu L, et al., 2014: The influence of impurities on Ga electrowinning: Vanadium and iron, Hydrometallurgy, 146, pp. 76-81. 

  12. Kim SG, Lee HY, Oh JK., 2000: Recovery of gallium from zinc residues by solvent extraction, J. of Korean inst. of Resources Recycling, 9(3), pp. 29-36. 

  13. Gupta B, et al., 2007: Extraction and recovery of Ga (III) from waste material using Cyanex 923, Hydrometallurgy, 87(1), pp. 18-26. 

  14. Swain B, et al., 2006: Separation of cobalt and lithium from mixed sulphate solution using Na-Cyanex 272, Hydrometallurgy, 84(3), pp. 130-138. 

  15. Das D, et al., 2015 : Effect of Nature of Organophosphorous Acid Moiety on Co-extraction of U (VI) and mineral acid from aqueous solutions using D2EHPA, PC88A and Cyanex 272. Hydrometallurgy, 152, pp. 129-138. 

  16. Ahn H, et al., 2014: Recovery of Li from the Lithium Containing Waste Solution by D2EHPA, J. of Korean inst. of Resources Recycling, 23(5), pp. 21-27. 

  17. Park K, et al., 2014: Leaching behavior of Ga and In from MOCVD dust, J. Kor. Powd. Met. Inst, 21(3), pp. 202-206. 

  18. Flett D., 1999: New reagents or new ways with old reagents, J Chem Technol Biotechnol, 74(2), pp. 99-105. 

  19. Thakur N., 1998: Extraction studies of base metals (Mn, Cu, Co and Ni) using the extractant 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid, PC 88A, Hydrometallurgy, 48(1), pp. 125-131. 

  20. Jiaxu Yang, Christian Ekberg, and Teodora Retegan, 2014: Optimization of Indium Recovery and Separation from LCD Waste by Solvent Extraction with Bis(2-ethylhexyl) Phosphate (D2EHPA), Int. J. Chem. Eng, 2014, pp. 1-9. 

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