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.
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.
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...
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 decreasing HCl concentration, but that of Fe and Al was independent. Separation factor between In and Ga of 115 was obtained at 1.0 M D2EHPA in the presence of 0.5 M HCl of feed solution. Consequently, this study shows that D2EHPA is suitable extractant for In extraction from the synthesis solution. Extraction efficiency and separation factor could be increased by controlling HCl and extractant concentration.
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 decreasing HCl concentration, but that of Fe and Al was independent. Separation factor between In and Ga of 115 was obtained at 1.0 M D2EHPA in the presence of 0.5 M HCl of feed solution. Consequently, this study shows that D2EHPA is suitable extractant for In extraction from the synthesis solution. Extraction efficiency and separation factor could be increased by controlling HCl and extractant concentration.
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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.
제안 방법
17) 각 물질별 추출 경향성을 정확히 비교하기 위하여 10 mL 수상에는 InCl3 (≥99.999%, Sigma-Aldrich) , GaCl3 (≥99.999%, Sigma-Aldrich), AlCl3 (≥ 99.99%, Sigma-Aldrich), FeCl2 (99.99%, Sigma-Aldrich)을 0.01 M 씩 동일하게 첨가하여 용액을 제조하였으며, HCl (1.0 N, Sigma-Aldrich)의 영향을 알아보기 위하여 각 용액의 HCl의 농도를 달리하여 첨가하였다.
D2EHPA의 농도 변화에 따른 In 추출 경향을 알아보기 위하여 추출제의 농도를 0.01, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 1 M로 변수로 하여 0.5 M HCl 농도의 동일한 조건에서 실험을 실시하였다. Table 2에서는 용매추출 후 수상에 잔존하는 물질의 농도를 나타내었으며, 그 결과를 이용하여 추출률을 Fig.
추출제로는 D2EHPA (> 97%, Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 추출제의 농도를 조절하기 위하여 희석제로 등유(Daejung)를 이용하였다. HCl 농도별 실험을 위해 1 MD2EHPA를 사용 하였으며, 추출제 농도 별 실험을 위해 HCl 0.5 M이 첨가된 수상을 사용 하여 용매추출실험을 수행 하였다. 유기상과 In, Ga, Al, Fe이 함유되어있는 수상을 1 : 1 비율(10 mL : 10 mL)로 하여 왕복 운동식 교반기(Wiseshake-SHR-2D)에서 300 rpm으로 30분간 교반 후 수상과 유기상을 분리 채취하였다.
05 M에서는 수상의 농도가 0이므로 분배계수는 계산할 수 없다. 각 물질의 분배계수를 이용하여 분리인자를 계산하였다.
이러한 Ga의 상승은 In이 99% 추출 되면서 반응에 참여 하지 않은 추출제와 Ga의 반응에 의해 나타나는 현상으로 판단된다. 금속들의 추출 경향을 알아보기 위하여 추출률이 높은 In과 Ga의 분배계수를 계산하였다.
유기상과 In, Ga, Al, Fe이 함유되어있는 수상을 1 : 1 비율(10 mL : 10 mL)로 하여 왕복 운동식 교반기(Wiseshake-SHR-2D)에서 300 rpm으로 30분간 교반 후 수상과 유기상을 분리 채취하였다. 모든 실험은 상온에서 진행하였으며 순도 및 추출경향을 확인하기 위하여 ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, Perkin Elmer Optima-4300 DV)를 이용하여 성분 분석을 하였다. 용매추출 후 채취한 수상을 성분 분석한 결과와 초기 수상에 함유 되어있던 금속들의 농도를 비교하여 유기상으로 추출된 금속의 양을 계산하였다.
5, 13, 20, 115, 334로 증가하여 분리 정도는 HCl의 농도와 반비례함을 알 수 있으며, D2EHPA는 In과 그 외 물질이 혼합되어있는 용액으로부터 In을 선택적으로 추출하는데 유리한 추출제임을 알 수 있다. 상기 결과를 바탕으로 In 추출률이 99.0%인 0.5 M HCl농도 조건을 고정하여 추출제의 농도별 실험을 진행하였다.
이와 같이 제조된 용액으로부터 In 금속의 추출을 위해 1 M D2EHPA를 추출제로 이용하여 용매추출 실험을 진행하였다. 수상과 유기상의 혼합 후 정지시키면 30초 내에 상분리가 이루어졌으며, 이러한 공정을 통해 얻어진 수상을 이용하여 ICP 분석을 하였고 분석 결과와 초기 수상에 존재한 금속의 농도를 비교하여 유기상으로 추출된 금속의 양을 계산하였다. 그 결과는 수상에 잔존하는 각 물질의 농도는 Table 2와 같으며, 추출률을 Fig.
수상의 HCl 농도에 따른 용매추출 경향을 알아보기 위해 각 물질이 0.01 M 혼합되어 있는 용액에 HCl의 농도(0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 M)를 달리하여 10 mL 용액을 제조하였다. 이와 같이 제조된 용액으로부터 In 금속의 추출을 위해 1 M D2EHPA를 추출제로 이용하여 용매추출 실험을 진행하였다.
모든 실험은 상온에서 진행하였으며 순도 및 추출경향을 확인하기 위하여 ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, Perkin Elmer Optima-4300 DV)를 이용하여 성분 분석을 하였다. 용매추출 후 채취한 수상을 성분 분석한 결과와 초기 수상에 함유 되어있던 금속들의 농도를 비교하여 유기상으로 추출된 금속의 양을 계산하였다.
5 M이 첨가된 수상을 사용 하여 용매추출실험을 수행 하였다. 유기상과 In, Ga, Al, Fe이 함유되어있는 수상을 1 : 1 비율(10 mL : 10 mL)로 하여 왕복 운동식 교반기(Wiseshake-SHR-2D)에서 300 rpm으로 30분간 교반 후 수상과 유기상을 분리 채취하였다. 모든 실험은 상온에서 진행하였으며 순도 및 추출경향을 확인하기 위하여 ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, Perkin Elmer Optima-4300 DV)를 이용하여 성분 분석을 하였다.
0 M)를 달리하여 10 mL 용액을 제조하였다. 이와 같이 제조된 용액으로부터 In 금속의 추출을 위해 1 M D2EHPA를 추출제로 이용하여 용매추출 실험을 진행하였다. 수상과 유기상의 혼합 후 정지시키면 30초 내에 상분리가 이루어졌으며, 이러한 공정을 통해 얻어진 수상을 이용하여 ICP 분석을 하였고 분석 결과와 초기 수상에 존재한 금속의 농도를 비교하여 유기상으로 추출된 금속의 양을 계산하였다.
대상 데이터
In이 함유되어 있는 용액으로부터 In의 분리를 위한 용매추출 실험을 수행하기 위하여 인위적으로 용액을 제조하여 실험을 실시하였으며 함유 물질은 MOCVD 더스트 침출 연구를 바탕으로 선정하였다.17) 각 물질별 추출 경향성을 정확히 비교하기 위하여 10 mL 수상에는 InCl3 (≥99.
추출제로는 D2EHPA (> 97%, Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 추출제의 농도를 조절하기 위하여 희석제로 등유(Daejung)를 이용하였다.
이론/모형
본 연구에서는 In이 함유되어 있는 용액으로부터 In을 분리하기 위하여 용매추출법을 사용하였다. 추출제로는 D2EHPA (> 97%, Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 추출제의 농도를 조절하기 위하여 희석제로 등유(Daejung)를 이용하였다.
성능/효과
분리인자는 두 물질의 분리 정도를 나타내며 값이 커질수록 두 물질의 분리에 유리함을 보여준다. HCl의 농도가 감소할수록 두 물질의 분리인자는 3.9, 0.5, 13, 20, 115, 334로 증가하여 분리 정도는 HCl의 농도와 반비례함을 알 수 있으며, D2EHPA는 In과 그 외 물질이 혼합되어있는 용액으로부터 In을 선택적으로 추출하는데 유리한 추출제임을 알 수 있다. 상기 결과를 바탕으로 In 추출률이 99.
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, 0.5 M HCl, 1.0 MD2EHPA 조건을 기준으로 99% 추출률을 얻을 수 있었다. 추출률이 비교적 높은 In과 Ga의 추출 경향을 비교해본 결과, D2EHPA를 이용하여 In을 Ga으로부터 선택적으로 추출할 수 있으며, 분리 인자는 0.
4는 D2EHPA의 농도에 따른 분배 계수 및 분리인자에 대한 그래프를 나타내었으며, 추출률이 상대적으로 높은 In과 Ga에 대해서만 결과를 나타내었다. 그 결과 D2EHPA의 농도가 증가함에 따라 In의 분배계수 및 분리인자가 증가하는 경향성을 타나내고 있으며, 두 물질의 분배계수 및 분리인자 차이는 D2EHPA 농도 증가에 비례함을 알 수 있다(Fig. 4). 즉, In 이온만이 함유된 고순도 수용액을 제조하기 위해서는 D2EHPA를 이용한 용매추출이 적합하며 상기 두 실험 결과를 바탕으로 추출과 역추출을 반복하였을 경우 상대적으로 분배계수가 가장 높은 In의 순도는 반복 횟수와 비례하여 증가할 것으로 예상된다.
그리고 물질별 추출률을 비교 하였을 때 상대적으로 In, Ga, Fe, Al 순으로 D2EHPA와의 반응성이 큼을 알 수 있으며, Fe와 Al의 조건에 대한 변화는 크지 않음을 알 수 있다.
본 실험의 목표 금속인 In은 HCl 농도 2 M 이하부터 추출률이 급격히 상승해서 HCl 농도 0.5 M에서 99.0%가 추출 되었으며, 0.05 M HCl에서는 약 100%의 In이 추출되는 것을 확인하였다. 한편, 모사용액에 함유되어 있는 금속 중 두 번째로 추출률이 높은 Ga의 경우, 0.
4). 즉, In 이온만이 함유된 고순도 수용액을 제조하기 위해서는 D2EHPA를 이용한 용매추출이 적합하며 상기 두 실험 결과를 바탕으로 추출과 역추출을 반복하였을 경우 상대적으로 분배계수가 가장 높은 In의 순도는 반복 횟수와 비례하여 증가할 것으로 예상된다.
0 MD2EHPA 조건을 기준으로 99% 추출률을 얻을 수 있었다. 추출률이 비교적 높은 In과 Ga의 추출 경향을 비교해본 결과, D2EHPA를 이용하여 In을 Ga으로부터 선택적으로 추출할 수 있으며, 분리 인자는 0.5 MHCl, 1.0 M D2EHPA 조건을 기준으로 115로 나타났고 HCl 농도의 감소 및 추출제 농도의 증가에 비례함을 확인하였다. 본 연구는 실제 In 함유 산업폐기물로부터 습식공정을 통해 In 금속을 회수하기 위한 전처리공정의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
05 M HCl에서는 약 100%의 In이 추출되는 것을 확인하였다. 한편, 모사용액에 함유되어 있는 금속 중 두 번째로 추출률이 높은 Ga의 경우, 0.5M HCl의 조건에서 추출률이 급격히 상승하여 46.5%의 추출률을 나타내었다. 이러한 Ga의 상승은 In이 99% 추출 되면서 반응에 참여 하지 않은 추출제와 Ga의 반응에 의해 나타나는 현상으로 판단된다.
후속연구
0 M D2EHPA 조건을 기준으로 115로 나타났고 HCl 농도의 감소 및 추출제 농도의 증가에 비례함을 확인하였다. 본 연구는 실제 In 함유 산업폐기물로부터 습식공정을 통해 In 금속을 회수하기 위한 전처리공정의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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.
참고문헌 (20)
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