저품위 동 함유 슬러지로부터 회수된 동 조금속을 황산구리전해액에서 전해정련을 수행하여 고순도 동을 회수하고자 하였다. 유기첨가제 종류 및 농도에 따른 전해정련동 표면 형상 및 조도를 분석하였을 때, gelatin계 유기첨가제 5 ppm 및 thiol계 유기첨가제 5~10 ppm 혼합 조건에서 가장 우수한 표면 형상을 얻을 수 있었다. 건식환원공정을 통해 회수한 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 주석(Sn) 등의 불순물이 함유된 각 86.635, 94.969 및 99.917 wt.% 순도의 동 조금속을 사용하여 전해정련하였고, 순도 3N~4N급 전해정련동을 얻을 수 있었다. 동 조금속, 전해액, 전해정련동의 불순 원소 농도 및 동 순도 등의 분석을 통해, 순도 99.99 wt.% 이상 전해정련동을 회수할 수 있는 전해정련 공정시간 및 동 조금속 순도를 도출하였다.
저품위 동 함유 슬러지로부터 회수된 동 조금속을 황산구리 전해액에서 전해정련을 수행하여 고순도 동을 회수하고자 하였다. 유기첨가제 종류 및 농도에 따른 전해정련동 표면 형상 및 조도를 분석하였을 때, gelatin계 유기첨가제 5 ppm 및 thiol계 유기첨가제 5~10 ppm 혼합 조건에서 가장 우수한 표면 형상을 얻을 수 있었다. 건식환원공정을 통해 회수한 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 주석(Sn) 등의 불순물이 함유된 각 86.635, 94.969 및 99.917 wt.% 순도의 동 조금속을 사용하여 전해정련하였고, 순도 3N~4N급 전해정련동을 얻을 수 있었다. 동 조금속, 전해액, 전해정련동의 불순 원소 농도 및 동 순도 등의 분석을 통해, 순도 99.99 wt.% 이상 전해정련동을 회수할 수 있는 전해정련 공정시간 및 동 조금속 순도를 도출하였다.
The electro-refining process was performed to recovery high purity copper from low grade copper containing sludge in sulfuric acid. The surface morphologies and roughness of electro-refining copper were analyzed with variation of the type and concentration of organic additives, the best surface morp...
The electro-refining process was performed to recovery high purity copper from low grade copper containing sludge in sulfuric acid. The surface morphologies and roughness of electro-refining copper were analyzed with variation of the type and concentration of organic additives, the best surface morphology was obtained 5 ppm of the gelatin type and 5 to 10 ppm of the thiol type organic additive. The crude metal consisted of copper with 86.635, 94.969 and 99.917 wt.%, several impurity metals of iron, nickel, cobalt and tin by pyro-metallurgical process. After electro-refining process, the purity of copper increases to 3N or 4N grade. The impurity concentrations and copper purities of copper crude metals, electrolyte and electro-refining copper were analyzed using ICP-OES, the electro-refining time and purity of copper crude metal to recover 4N grade copper were deduced.
The electro-refining process was performed to recovery high purity copper from low grade copper containing sludge in sulfuric acid. The surface morphologies and roughness of electro-refining copper were analyzed with variation of the type and concentration of organic additives, the best surface morphology was obtained 5 ppm of the gelatin type and 5 to 10 ppm of the thiol type organic additive. The crude metal consisted of copper with 86.635, 94.969 and 99.917 wt.%, several impurity metals of iron, nickel, cobalt and tin by pyro-metallurgical process. After electro-refining process, the purity of copper increases to 3N or 4N grade. The impurity concentrations and copper purities of copper crude metals, electrolyte and electro-refining copper were analyzed using ICP-OES, the electro-refining time and purity of copper crude metal to recover 4N grade copper were deduced.
따라서 주(主)공정인 제련 및 정련 공정 시 동 함유 슬러지 내 불순물의 영향은 비교적 낮다고 할 수 있다. 그러나, 저품위(동 함량 20 wt.% 미만, 일반적으로 Cu 함량 10% 내외) 동 함유 슬러지 만을 원자재로 사용한 동회수 및 소재화 공정으로부터 고순도 동 제조는 높은 불순 원소 함량으로 인해 건식 및 습식 환원공정에서 4N급 이상의 고순도 동 회수에 어려움이 있어, 각 공정에서 보다 효율적인 공정 개발 및 최적화가 필요하며 본 연구에서는 이들 공정에 대한 개발을 통해 저품위 동함유 슬러지로부터 99.99 wt.% (4N) 이상의 고순도동을 제조하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 전해정련 시, 정련 동에 대한 유기첨가제의 종류 및 농도 영향 평가를 통해 최적 첨가제 시스템을 선정하고, 건식환원공정을 통해 제조된 동 조금속의 순도에 따른 전해액 및 정련 동 내 불순 원소 거동을 파악하고 전해정련동의 순도에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 통해 저품위 동 함유 슬러지로부터4N급 이상의 정련 동을 제조하기 위한 공정시간 및 조금속 순도 등을 도출하였다.
대상 데이터
황산구리(II) 5수화물(CuSO4·5H2O) 176.8 g/L, 황산(H2SO4) 170.0 g/L, Cl− 20 ppm를 첨가하여 황산구리전해액에서 동 전해정련을 수행하였다. 유기첨가제로써 gelatin계 각 2, 5, 10 ppm, thiol계 각 2, 5, 10 ppm로 농도를 달리 첨가하여 표면 형상 및 조도를 분석하였다.
데이터처리
전극간 거리는 10 cm, 양극및 음극 모두 5 cm × 8 cm 면적만 전해액에 침적되도록 밀봉(masking)하였으며 직류 전원공급장치(YPP15100A, YAMAMOTO)를 사용하여 3 A/dm2 전류밀도 공정조건에서 3시간~96시간 동 전해정련을 수행하였다. 전해정련 공정 후 동 및 불순물 순도를 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical EmissionSpectrometer, Integra XL, GBC Scientific)를 사용하여 분석하였다.
유기첨가제로써 gelatin계 각 2, 5, 10 ppm, thiol계 각 2, 5, 10 ppm로 농도를 달리 첨가하여 표면 형상 및 조도를 분석하였다. 황산구리 전해액에서 유기첨가제 종류 및 농도에 따른 동 표면 특성을 FE-SEM (Field EmissionScanning Electron Microscopes, FEI COMPANY),Non Contact 3D Measuring System (INSIA)를 사용하여 분석하였다. 전해액의 온도는 50 oC로 일정하게유지하였으며, 순환식 반응기를 사용하여 200 mL/min의 속도로 전해액을 순환 및 유동시켰다.
성능/효과
1. 황산구리 전해액에서 gelatin계 및 thiol계 유기첨가제 농도를 조절하여 전해정련을 수행하여 전해정련동 표면 조도가 가장 낮은 유기첨가제 최적 농도를 확립하였다.
2. 양극으로 사용된 동 조금속은 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 은(Ag), 금(Au) 및 망간(Mn) 등의 불순물이 함유되어 있으며, 각 86.635,94.969 및 99.917 wt.%의 동 순도를 나타내었고, 이로부터 전해정련을 통해 제조된 최종 동 순도는 99.9865, 99.9917 및 99.9916 wt.% 이었다.
3. 동 조금속 순도에 따른 순도 99.99 wt.% 이상 전해정련동을 회수하기 위한 최대 전해정련 공정시간은 각 86.635, 94.969 및 99.917 wt.%에 대해 약 32시간, 107시간 및 159시간으로 예측할 수 있다. 또한, 최대 전해정련 공정을 150시간으로 기준으로 하였을 때, 양극으로 사용되는 동 조금속의 최소 순도는 99.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고순도 동을 회수하기 위해 주로 이용되는 공정은 어떤 것들이 있는가?
또한, 고순도 동을 회수하기 위해 건식공정과 습식공정을 주로 이용하는데, 건식공정 중 제련을 통해 불순물을 제거하는 기술의 경우, 낮은 경제성 및 불순물 제거 기술의 문제 등으로 인해 초고순도 동 회수에 한계를 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 습식 전해정련 공정을 대부분 이용하고 있다.
동이 함유된 폐 금속자원이 많이 발생하며 재자원화 기술의 중요성 및 필요성이 대두되고 있는 이유는?
동(Cu)은 산업에서 가장 많이 사용되는 금속 중 하나로 전선, 지붕재 및 전자제품 부품에 주로 사용된다. 때문에, 동이 함유된 폐 금속자원이 많이 발생하며 재자원화 기술의 중요성 및 필요성이 대두되고 있다1,2).
건식공정 중 제련을 통해 불순물을 제거하는 기술의 경우, 가지게 되는 한계는?
또한, 고순도 동을 회수하기 위해 건식공정과 습식공정을 주로 이용하는데, 건식공정 중 제련을 통해 불순물을 제거하는 기술의 경우, 낮은 경제성 및 불순물 제거 기술의 문제 등으로 인해 초고순도 동 회수에 한계를 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 습식 전해정련 공정을 대부분 이용하고 있다.
참고문헌 (9)
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