[논문]유리생산공정 폐주석산화물에서 건식제련에 의한 주석회수기술

이상로; 김상열; 이만승; 박만복

doi:10.7844/kirr.2015.24.2.23

유리생산공정 폐주석산화물에서 건식제련에 의한 주석회수기술
Recovery of Tin from Tin Oxide Resulted from Glass Manufacturing Process by Pyrometallurgy 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.24 no.2, 2015년, pp.23 - 28

이상로 (목포대학교 공과대학 신소재공학과) , 김상열 ((주)에이원엔지니어링) , 이만승 (목포대학교 공과대학 신소재공학과) , 박만복 (순천대학교 산학협력단)

초록
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현재 국내에서 소비되는 주석의 대부분은 수입에 의존하고 있다. 본 연구에서는 평판 유리, LCD 패널 유리 기판 생산시 발생하는 주석 용탕에 함유된 주석산화물을 건식법으로 회수하는 공정을 조사하였다. 환원반응온도를 변화시키며 주석의 회수율을 조사한 결과 $1350^{\circ}C$에서 최대 회수율을 얻을 수 있었다. 또한 주석 산화물의 1차 제련과 슬래그의 2차 제련을 통해 88%의 회수율을 얻었다. 건식공정으로 회수된 조주석을 전해정련처리하여 99.9%의 순도를 지닌 주석 금속을 제조하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of the domestic need for tin rely on imports. In this work, a pyrometallurgical process was investigated to recover pure tin from the tin oxides in tin bath which results from the production of flat glass and LCD panel. From the results on the effect of reaction temperature, the highest recovery percentage of tin was obtained at $1350^{\circ}C$. The recovery percentage of tin was improved to 88% by employing the first and second smelting step. Electrorefining of the crude tin thus obtained led to pure tin with purity higher than 99.9%.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 평판 유리 및 LCD 패널 유리 기판생산 공정에서 유리 평활도를 형성하는 주석 용탕에 사용 되는 주석에서 생성되는 폐주석 산화물을 사용하여 건식제련법에 의한 폐주석산화물의 주석 환원거동 특성을 고찰하고자 하였다.

제안 방법

3의 2차 제련 가열 패턴으로 조업한 후 공냉 하였다.⁹⁾ 실험 전후 폐주석 시료는 유도결합플라스마방출분석기(Inductively coupled plasma spectrometer, Perkin Elmer CO. Optima 4300 DV)로 분석 하였다.
Fig. 2의 환원 용련용 Graphite 도가니에 폐주석산화물, 석회석, 코크스를 25 : 4 : 9 비율로 혼합하여, Fig. 3과 같은 가열 패턴으로 반응을 진행 하였고, 분위기 가스는 코크스에 의한 CO 환원 분위기를 유지 하였다.⁹⁾ 주석 슬래그는 CaO-FeO-SiO₂로 형성되며, 염기도 및 FeO비에 따라서 불순물의 분배거동이 영향을 받는다.
LCD 패널 유리 기판을 생산할 때 평활도를 유지하기 위한 용융 주석이나 전기 도금 시 양극 재로 사용 되는 주석을 생산하기 위하여 Sn 99 wt%을 유지해야 하는데, 폐주석 산화물을 코크스에 의한 1차 제련 실시 후 생성된 금속 조주석 순도를 높이기 위하여 전해 정련을 실시하였다. Fig.
1은 본 연구에 사용된 주석산화물과 코크스 시료를 보여 주고 있다. 그리고 폐주석 산화물의 환원 용련 공정 조건을 고찰하기 위하여 본 연구에 사용된 폐주석 산화물의 화학 조성을 유도결합플라스마방출분석기(Inductively coupled plasma spectrometer, Perkin Elmer CO. Optima 4300 DV)로 분석 하였다.
본 연구에서는 LCD 패널 유리 제조 시에 발생하는 폐주석산화물을 건식제련법에 의한 주석 회수와 전해정련을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
실험 후 음극에 형성된 정련 주석을 채취하여 주사전자현미경(SEM)으로 형태 및 조직을 분석 하였고, 성분은 유도결합플라스마방출분석기(Inductively coupled plasma spectrometer, Perkin Elmer CO. Optima 4300 DV)로 분석 하였다.

대상 데이터

반응 온도는 R-type 열전대(Pt-13Rh/Pt) 열전대와 PID 온도제어장치를 이용하여 ± 2 K 범위에서 제어 되었으며, 발열체로는 Super Khantal을 사용하였다.
본 연구의 주석 환원연구를 위한 시료는 LCD 패널 유리 기판 생산 공정에 사용되는 주석 용융 욕조에서 생성된 폐주석 산화물을 사용하였으며, 산화물 환원을 위해 시료를 수동 분쇄기를 이용하여 직경 2 mm이하 수준으로 파·분쇄를 하였다.

성능/효과

1) 국내주석 수요는 전량 수입에 의존하고 있으며, 국내에서 주석함량이 50% 이상인 스크랩/폐기물의 발생규모는 2,000톤/년에 달하며 금액으로 환산하면 400억원/년에 달하는 규모이다.²⁾ International Tin Research Institute에는 주석공급량의 약 27% 수준을 재활용 주석으로 추정하고 있다.
또한, 주석슬래그는 유동성이 낮아서 슬래그와 주석의 분리를 위해 환원공정에서 교반이 필요함을 확인 할 수 있었으며, 주석산화물의 1차 제련과 슬래그의 2차 제련을 통해 주석 회수율을 88%까지 확보 할 수 있었다. 그리고 전해 정련을 통하여 불순물인 Sb는 양극 슬라임으로 이동하며, 주석 순도를 99.9%까지 확보 할 수 있음을 확인 하였다. 이처럼 폐주석 산화물을 코크스 환원 제련 공정을 통하여 조주석을 얻고 전해 정련을 통한 고순도 주석을 생산하는 공정기술을 확보 할 수 있을 것으로 사료된다.
9%를 얻을 수 있었으며, 전해정련 시 불순물로 존재 하는 Sb는 양극 슬라임으로 존재하고, 미량 구리가 불순물로 존재하는 고순도 주석을 얻을 수 있었다. 또한 전해정련 시 음극판에 형성된 주석은 특정 방향으로 우선 성장 되는 형태를 보여 주고 있음을 알 수 있었다.
분압이 높아지고, 환원은 증대하여 1350℃에서 최대치를 나타내고 이후 낮아짐을 알 수 있었다. 또한, 주석슬래그는 유동성이 낮아서 슬래그와 주석의 분리를 위해 환원공정에서 교반이 필요함을 확인 할 수 있었으며, 주석산화물의 1차 제련과 슬래그의 2차 제련을 통해 주석 회수율을 88%까지 확보 할 수 있었다. 그리고 전해 정련을 통하여 불순물인 Sb는 양극 슬라임으로 이동하며, 주석 순도를 99.
코크스 환원 제련을 시행하여 얻은 조주석의 품위를 높이기 위해서 전해정련을 실시하였으며, 전해 정련으로 얻어진 주석의 순도는 Table 4에 나타낸 바와 같이 99.9%를 얻을 수 있었으며, 전해정련 시 불순물로 존재 하는 Sb는 양극 슬라임으로 존재하고, 미량 구리가 불순물로 존재하는 고순도 주석을 얻을 수 있었다. 또한 전해정련 시 음극판에 형성된 주석은 특정 방향으로 우선 성장 되는 형태를 보여 주고 있음을 알 수 있었다.
폐주석 산화물의 환원 용련 공정 조건을 고찰하기 위하여 폐주석 산화물의 화학 조성 분석결과는 Table 1에 나타난 바와 같이 폐주석 산화물은 Sn이 73.66 wt% 수준인 주석산화물로 구성되었고, 강도를 위해 첨가된 Sb가 1.58 wt% ,불순물인 Cu가 0.45%, Fe 0.15% 가 함유된 것으로 분석 되었다. Fig.
환원온도에 따른 주석의 회수율은 온도가 높아짐에 따라 CO₂분압이 높아지고, 환원은 증대하여 1350℃에서 최대치를 나타내고 이후 낮아짐을 알 수 있었다. 또한, 주석슬래그는 유동성이 낮아서 슬래그와 주석의 분리를 위해 환원공정에서 교반이 필요함을 확인 할 수 있었으며, 주석산화물의 1차 제련과 슬래그의 2차 제련을 통해 주석 회수율을 88%까지 확보 할 수 있었다.

후속연구

9%까지 확보 할 수 있음을 확인 하였다. 이처럼 폐주석 산화물을 코크스 환원 제련 공정을 통하여 조주석을 얻고 전해 정련을 통한 고순도 주석을 생산하는 공정기술을 확보 할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LCD 패널 유리 제조 시에 발생하는 폐주석산화물을 건식제련법을 이용하여 주석을 회수하고, 전해정련처리를 통해 고순도의 주석을 제조하는 본 연구의 결론은 무엇인가?	환원온도에 따른 주석의 회수율은 온도가 높아짐에 따라 CO2 분압이 높아지고, 환원은 증대하여 1350oC에서 최대치를 나타내고 이후 낮아짐을 알 수 있었다. 또한, 주석슬래그는 유동성이 낮아서 슬래그와 주석의 분리를 위해 환원공정에서 교반이 필요함을 확인 할 수있었으며, 주석산화물의 1차 제련과 슬래그의 2차 제련을 통해 주석 회수율을 88%까지 확보 할 수 있었다. 그리고 전해 정련을 통하여 불순물인 Sb는 양극 슬라임으로 이동하며, 주석 순도를 99.9%까지 확보 할 수있음을 확인 하였다. 이처럼 폐주석 산화물을 코크스 환원 제련 공정을 통하여 조주석을 얻고 전해 정련을 통한 고순도 주석을 생산하는 공정기술을 확보 할 수 있을 것으로 사료된다.
	주석은 어떤 산업에서 많이 사용되고 있는가?	주석은 유리공업, 전기전자 및 철강 산업 등에서 사용되고 있는 전략적인 위치를 차지하는 금속으로 용도가 급격히 늘어나고 있다.1) 국내주석 수요는 전량 수입에 의존하고 있으며, 국내에서 주석함량이 50% 이상인 스크랩/폐기물의 발생규모는 2,000톤/년에 달하며 금액으로 환산하면 400억원/년에 달하는 규모이다.
	주석과 관련하여 어떤 기술들이 연계될 필요성이 있는가?	3-5) 희소금속으로 분류되는 주석을 회수하고 정련하는 기술을 개발하여, 자원 순환과 수입 대체를 위한 산업체와 대학 간 연구개발이 필요하다.6) 또한 주석을 회수, 정련하는 야금학적 기술과 이를 생산할 수 있는 회수 공정을 설계하고 제작할 수 있는 공정 설계 및 공정 제어 기술이 연계될 필요성이 있다.

참고문헌 (12)

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상세보기
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Young-Seok Kim, 2006 : Understanding of Tin, Steel & Metal News, pp. 59.

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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