Ag 200 ppm과 총유량 120 l/h의 기준으로 이온 교환 섬유 시스템을 제작하였다. 이 시스템은 이온교환 섬유로서 강염기성인 FIVAN A-6을 이용하였고, 이온교환 섬유의 교환이 용이하고 고정틀이 필요 없도록 고안된 이중관 형 이온 교환 섬유조로 구성되어있다. 이 시스템의 이온교환섬유의 Ag에 대한 이온교환 용량은 4.6 meq/g 이었으며, 공정조건별로는 다음과 같은 결과를 얻었다. 흡착공정의 경우 유속의 영향을 확인한 후 40~90 l/h의 범위에서 운전하였으며, pH 7~12 범위에서는 Ag의 착이온 형성에 대한 pH의 영향이 없는 것으로 나타났다. 역세공정의 경우 60~120 l/h의 범위에서 Ag 회수율 실험을 수행하였으며, 역세용 화학물질로는 NaOH, $NH_4Cl$, NaCl을 이용하여 비교실험을 하였고, 역세 화학물질이 고농도 일수록 탈착시간은 짧아지지만 몰당 탈착 효율은 저하되는 경향이었으므로 탈착시간과 농도의 균형을 잘 맞추어 운전해야 경제적 운전이 될 수 있음을 확인하였다. 강염기성 음이온 섬유인 FIVAN A-6와 이중관형 이온교환 섬유조를 이용하여 Ag 흡착율은 99.5% 이상, 총 Ag회수율은 96% 이상의 결과를 얻을 수 있었으며 상용화 가능함을 확인할 수 있었다.
Ag 200 ppm과 총유량 120 l/h의 기준으로 이온 교환 섬유 시스템을 제작하였다. 이 시스템은 이온교환 섬유로서 강염기성인 FIVAN A-6을 이용하였고, 이온교환 섬유의 교환이 용이하고 고정틀이 필요 없도록 고안된 이중관 형 이온 교환 섬유조로 구성되어있다. 이 시스템의 이온교환섬유의 Ag에 대한 이온교환 용량은 4.6 meq/g 이었으며, 공정조건별로는 다음과 같은 결과를 얻었다. 흡착공정의 경우 유속의 영향을 확인한 후 40~90 l/h의 범위에서 운전하였으며, pH 7~12 범위에서는 Ag의 착이온 형성에 대한 pH의 영향이 없는 것으로 나타났다. 역세공정의 경우 60~120 l/h의 범위에서 Ag 회수율 실험을 수행하였으며, 역세용 화학물질로는 NaOH, $NH_4Cl$, NaCl을 이용하여 비교실험을 하였고, 역세 화학물질이 고농도 일수록 탈착시간은 짧아지지만 몰당 탈착 효율은 저하되는 경향이었으므로 탈착시간과 농도의 균형을 잘 맞추어 운전해야 경제적 운전이 될 수 있음을 확인하였다. 강염기성 음이온 섬유인 FIVAN A-6와 이중관형 이온교환 섬유조를 이용하여 Ag 흡착율은 99.5% 이상, 총 Ag회수율은 96% 이상의 결과를 얻을 수 있었으며 상용화 가능함을 확인할 수 있었다.
On the basis of 200 ppm of Ag and 120 l/h of feed flow rate, we built a pilot plant of an ion exchange fiber system having an double tube type ion exchange chamber with strong base ion exchange fiber (FIVAN A-6) which was designed to replace fibers easily and to eliminate the need for a fixture. The...
On the basis of 200 ppm of Ag and 120 l/h of feed flow rate, we built a pilot plant of an ion exchange fiber system having an double tube type ion exchange chamber with strong base ion exchange fiber (FIVAN A-6) which was designed to replace fibers easily and to eliminate the need for a fixture. The following results were obtained for the double tube type of ion exchange fiber system with an ion exchange capacity of 4.6 meq/g for Ag. The adsorption process was operated in the range of 40~90 l/h after confirming the effect of the flow rate and, pH did not affect formation of complex ion of Ag in the range of pH 7~12. In the case of backwash process, the recovery rate of Ag was tested in the range of 60~120 l/h and comparative experiments were carried out using NaOH, $NH_4Cl$, and NaCl as the chemicals for backwash. Although the desorption time was shortened at higher concentration, the desorption efficiency per mol was lowered. Therefore, it was confirmed that the desorption time and the concentration should be well balanced to operate economically. The desorption pattern of the backwash process is slower than the adsorption process and takes a lot of time. The results showed that the Ag adsorption ratio was 99.5% or more and the Ag recovery ratio was 96% or more, and commercialization was possible.
On the basis of 200 ppm of Ag and 120 l/h of feed flow rate, we built a pilot plant of an ion exchange fiber system having an double tube type ion exchange chamber with strong base ion exchange fiber (FIVAN A-6) which was designed to replace fibers easily and to eliminate the need for a fixture. The following results were obtained for the double tube type of ion exchange fiber system with an ion exchange capacity of 4.6 meq/g for Ag. The adsorption process was operated in the range of 40~90 l/h after confirming the effect of the flow rate and, pH did not affect formation of complex ion of Ag in the range of pH 7~12. In the case of backwash process, the recovery rate of Ag was tested in the range of 60~120 l/h and comparative experiments were carried out using NaOH, $NH_4Cl$, and NaCl as the chemicals for backwash. Although the desorption time was shortened at higher concentration, the desorption efficiency per mol was lowered. Therefore, it was confirmed that the desorption time and the concentration should be well balanced to operate economically. The desorption pattern of the backwash process is slower than the adsorption process and takes a lot of time. The results showed that the Ag adsorption ratio was 99.5% or more and the Ag recovery ratio was 96% or more, and commercialization was possible.
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문제 정의
실험에 이용할 섬유로는 강산성 양이온 섬유 비롯하여 세가지 종류의 섬유를 선택하였으며 이는 Ag의 회수뿐만 아니라 도금 공정의 폐수에서 유가 금속의 회수를 염두에 두고 선별하였다. 다양한 금속의 회수를 위하여 세가지 종류의 섬유 즉, 강염기성, 킬레이트, 그리고 강산성 섬유들에 대하여 검토는 하였지만 은 회수를 위한 목적으로는 강염기성 이온교환 섬유만 유용하므로 본 연구에 이용된 강염기성 이온교환 섬유(㈜시온텍 FIBAN A-6)의 특성만 간단히 정리하였다. 아크릴계의 매트릭스에 이온교환체로서 R-N+과 -R-N= 관능기를 가지고 있으며, 필라멘트 직경은 25~40 μm이며 SO42−와 NO3−, Cl− 들의 흡착이 가능하다.
본 연구에서는 보다 고 효율 처리 용량을 가진 이온교환 섬유를이용하여 유가 금속을 회수하는 상용화 기술개발을 위한 최적 운전조건 확립 및 이온교환 섬유를 이용한 기술의 상용화 가능성을 검토하고자 하였다.
일정량의 이온교환수지와 이온교환 섬유를 작은 이온교환관을 이용하여 이온교환시켜 이온교환 용량을 알아보고자 하였다. 실험은 강염기성 음이온 섬유를 이용하여 측정하였으며 Ag의 회수율이 4.
제안 방법
Ag 200 ppm과 유량 120 l/h의 기준으로 이온교환 섬유 시스템 제작하였으며, 이온교환조는 이중관 형으로서 원료액과 역세용액을 하부로 주입하여 상부로 배출되는 형태로서 고정틀 없이 이용할 수 있도록 설계하여 섬유의 교환이 용이하도록 하였다
반도체 세정수 또는 도금 폐수 중에는 Ag 뿐만 아니라 다양한 금속이온들이 함유 되어 있지만 우선 Ag만 있는 경우의 Ag의 흡착율 및 회수율 실험을 다양한 공정조건에 따라 수행 하였으며 그 결과를 Table 1에 정리하였다.
이온교환 섬유조는 크게 수평형과 수직형으로 나눌 수 있으며, 수평형의 경우 탈착시 문제가 있고 부직포의 고정틀이 필요하다. 본 연구에서는 섬유 장착이 쉽고, 섬유를 고정하기 위한 별도의 틀이 필요 없도록 Fig. 1의 그림과 같이 이중관 원통형으로 제작하여 이온교환 섬유를 이중 관들 사이에 위치하도록 설계하였다. 섬유가 중심의 작은 관과 가운데 원통형관 사이에 충진 되므로 부직포형을 사용하는 경우에 필요한 고정틀이 필요 없으므로 섬유의 교환 및 유지보수가 쉽다.
설계기준은 은의 농도를 200 ppm, 유량은 120 l/h이하를 기준으로 하여 모든 시스템을 설계하였다.
역세 속도의 영향을 알아보기 위하여 다른 조건은 동일하게 유지시킨 후 역세 유속 63, 94.2, 109 l/h에 대하여 회수된 Ag분율을 구하였으며 이 결과를 Fig. 8에 나타내었다. 이 결과에 의하면 94.
음이온교환 수지에 의한 시간에 따른 은의 흡착 농도를 측정하여 흡착 형태를 알아보기 위한 실험을 수행하였으며 그 결과가 Fig. 5에 나타나 있다. 이 결과는 시료 채취 시간에 따른 이온교환 후 배출수 중의 은의 농도를 나타낸 것으로서 시간에 따른 배출수 중의 은의 농도가 거의 일정하므로 물론 파과점 부근에 도달하면 다른 현상이 일어날 것으로 기대되지만 은이 섬유 내부에 흡착되어도 일정속도로 이온교환이 일어남을 알 수 있다.
이 결과는 흡착공정에서의 이온교환 후 배출수 중 Ag양을 이용하여 흡착되는 Ag%를 나타낸 것으로서 유속이 증가함에 따라 기울기가 작아지는 것을 알 수 있고, 흡착속도가 떨어지는 것으로 나타났다. 전체적인 흡착율은 실험범위의 유속에서는 흡착율이 실험오차 범위이지만 유속이 증가함에 따라 흡착속도가 떨어지며 또한 87 l/h에서는 전반적으로 손실되는 Ag양이 많아지는 경향이었으므로 실험은 87 l/h 이하의 원료 유속에서 수행하였다.
앞에서 설명한 대로 회수율에 지장이 없는 범위 내에서 고유속으로 운전하는 것이 운전 비용 및 시간을 절약할 수 있으며 결과를 종합하면 유속에 따라 탈착 속도는 차이가 나지만 적당한 범위의 유속에서는 전체 회수율에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 즉 본 연구의 시스템으로는 94.2 l/h이하에서 운전하면 회수율에 지장이 없이 운전이 가능할 것으로 생각되어서 이 조건에서 실험을 수행하였다.
흡착공정 및 역세공정에서도 회수되는 유가금속의 양을 정확히 측정하는 것이 관건이며 간단한 분석방법에 의해 결과를 구하는 것이 최선의 방법이므로 전도도에 의한 분석가능성을 알아보기 위해 기초 검토를 하였지만 다양한 이온이 섞여 있어서 전도도로 어떤 경향성을 발견하기가 어려웠으므로 모든 실험은 시료채취 후 원자흡광광도계(AAS-2380, Perkin Elmer)를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
본연구에서는 역세 시간을 단축하기 위해서 용해에 문제가 없는 범위 내에서 가능한 고농도의 역세 용액을 이용하였다.
실험에 이용할 섬유로는 강산성 양이온 섬유 비롯하여 세가지 종류의 섬유를 선택하였으며 이는 Ag의 회수뿐만 아니라 도금 공정의 폐수에서 유가 금속의 회수를 염두에 두고 선별하였다. 다양한 금속의 회수를 위하여 세가지 종류의 섬유 즉, 강염기성, 킬레이트, 그리고 강산성 섬유들에 대하여 검토는 하였지만 은 회수를 위한 목적으로는 강염기성 이온교환 섬유만 유용하므로 본 연구에 이용된 강염기성 이온교환 섬유(㈜시온텍 FIBAN A-6)의 특성만 간단히 정리하였다.
일정량의 이온교환수지와 이온교환 섬유를 작은 이온교환관을 이용하여 이온교환시켜 이온교환 용량을 알아보고자 하였다. 실험은 강염기성 음이온 섬유를 이용하여 측정하였으며 Ag의 회수율이 4.6 meq/g-fiber 이었다.
역세 공정에서 사용한 화학물질은 NaCl(덕산, 99.5% 순도), NH4Cl(덕산, 95% 순도), NaOH(덕산, 98% 순도), Na2CO3(덕산,99.2% 순도)를 정제하지 않고 그대로 사용하였다.
성능/효과
결과를 보면 Fiber I은 실험방법 부분에서 설명한 강염기성 이온교환 섬유를 이용한 실험으로서 유속, pH, 역세 화학물질 농도 및 종류에 따른 다양한 조건에서 Ag의 섬유에 대한 흡착율은 99.5%이상이며 회수 Ag%는 96% 이상이었다. 이온교환 수지의 경우 Amberlite IRA 400, 402를 이용하여 80~90% 회수율[12]을 보이고 있으므로 이온교환 섬유도 충분히 경쟁력이 있을 것으로 예상된다.
12에 나타내었다. 다른 조건은 같지만 NaCl의 농도만 13%, 20%에서 수행한 것으로서 회수 Ag/주입 NaCl의 비가 저농도에서 보다 좋은 것으로 나타났다. 즉 NaCl몰당 회수되는 Ag몰은 저농도에서 더 우수한 것으로 나타났다.
따라서 Ag+형태로는 존재하지 않으며 실험 pH 범위에서는 전부 Ag(CN)2−로 존재하는 것을 알 수 있었다.
먼저 은이 함유된 원료의 유속에 따른 흡착율의 변화를 알아보기 위해 각 유속(39, 60, 87 l/h)에 대한 흡착율 실험을 하였으며, 39 l/h인 경우 흡착율이 가장 좋은 것으로 나타났지만 실험 오차 내의 차이였으므로 이 범위의 유속에서는 유속에 크게 영향을 받지 않는 것으로 볼 수 있었다.
즉 시간에 따른 누적 Ag회수량을 비교한 결과로서 초기에는 약간의 차이가 있는 것처럼 보이지만 같은 양의 역세액을 사용할 경우 최종 회수율은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 앞에서 설명한 대로 회수율에 지장이 없는 범위 내에서 고유속으로 운전하는 것이 운전 비용 및 시간을 절약할 수 있으며 결과를 종합하면 유속에 따라 탈착 속도는 차이가 나지만 적당한 범위의 유속에서는 전체 회수율에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 즉 본 연구의 시스템으로는 94.
양이온 교환 섬유로는 Ag를 전혀 회수할 수 없었으므로, 반도체 세정액의 경우 Ag가 Ag(CN)2−의 착이온 형태로 존재하는 것을 알 수 있었으며, 강염기성 음이온 섬유(FIVAN A-6)로 Ag흡착율은 99.5% 이상, 총 Ag 회수율은 96% 이상이었으므로 상용화 가능함을 확인할 수 있었다.
5에 나타나 있다. 이 결과는 시료 채취 시간에 따른 이온교환 후 배출수 중의 은의 농도를 나타낸 것으로서 시간에 따른 배출수 중의 은의 농도가 거의 일정하므로 물론 파과점 부근에 도달하면 다른 현상이 일어날 것으로 기대되지만 은이 섬유 내부에 흡착되어도 일정속도로 이온교환이 일어남을 알 수 있다.
이 결과는 음이온 교환 수지를 이용하였으므로 흡착율은 착이온 형성 되는 정도와 관계가 있을 것으로 예상되지만 실험 범위(pH 7~12)에서 pH가 흡착율에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 결과가 나타났으므로 은의 착이온 형성은 실험범위의 pH에서는 큰 문제가 되지 않을 것으로 예상된다.
3에 나타 내었다. 이 결과는 흡착공정에서의 이온교환 후 배출수 중 Ag양을 이용하여 흡착되는 Ag%를 나타낸 것으로서 유속이 증가함에 따라 기울기가 작아지는 것을 알 수 있고, 흡착속도가 떨어지는 것으로 나타났다. 전체적인 흡착율은 실험범위의 유속에서는 흡착율이 실험오차 범위이지만 유속이 증가함에 따라 흡착속도가 떨어지며 또한 87 l/h에서는 전반적으로 손실되는 Ag양이 많아지는 경향이었으므로 실험은 87 l/h 이하의 원료 유속에서 수행하였다.
8에 나타내었다. 이 결과에 의하면 94.2 l/h이하에서는 회수율의 차이가 오차범위라고 볼 수 있지만 109 l/h의경우는 다른 두 유속에 비해 회수율이 낮았다.
다른 조건은 같지만 NaCl의 농도만 13%, 20%에서 수행한 것으로서 회수 Ag/주입 NaCl의 비가 저농도에서 보다 좋은 것으로 나타났다. 즉 NaCl몰당 회수되는 Ag몰은 저농도에서 더 우수한 것으로 나타났다.
10은 누적 역세량에 따른 누적 Ag 회수율을 나타낸 것이다. 즉 시간에 따른 누적 Ag회수량을 비교한 결과로서 초기에는 약간의 차이가 있는 것처럼 보이지만 같은 양의 역세액을 사용할 경우 최종 회수율은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 앞에서 설명한 대로 회수율에 지장이 없는 범위 내에서 고유속으로 운전하는 것이 운전 비용 및 시간을 절약할 수 있으며 결과를 종합하면 유속에 따라 탈착 속도는 차이가 나지만 적당한 범위의 유속에서는 전체 회수율에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
흡착공정의 경우 원료 유속이 40~90 l/h의 범위에서 섬유에 대한 흡착율 실험에서 실험오차 범위 내로 나타났으므로 실험범위에서는 유속의 영향이 작았으며, pH 는 7~12 범위에서 실험한 결과 Ag의 착이온 형성에 영향이 없는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
증발농축법이란 무엇이며 이것의 단점은 무엇입니까?
위탁 처리를 하는 경우에는 증발농축법을 이용하고 있으며 이것은 운반비 등을 고려하여 증발농축하여 부피 감소를 시키는 방법으로서 이 경우에도 시설비가 과다할 뿐 아니라 에너지비용이 많이 소요되는 단점을 앉고 있다.
유가금속 회수를 위해서 적용 가능한 기술들에는 어떠한 것들이 있습니까?
유가금속 회수를 위해 적용 가능한 기술들로서는 중금속들이 함유되어 있는 폐수를 처리하는 데 이용되고 있는 화학적 침강, 막분리, 역삼투압, 용매추출, 전기투석, 이온교환 방법과 증발농축법 등을생각할 수 있다[1-6].이들 중 리드프레임 세정액 중의 유가금속 회수를 위해서는 역삼투압, 이온교환 방법, 증발 농축 등을 고려해 볼 수 있다.
리드프레임 제조시 세정 공정에서 발생되는 폐액의 처리는 어떠한 방식으로 진행됩니까?
또한, 리드프레임 제조시 세정 공정에서 발생되는 폐액에는 100 ppm 이상의 Ag가 함유되어 있으며, 다른 금속분들과 수지 성분이 혼합된 폐수가 발생한다. 이 폐수는 수분만을 농축하여 위탁처리 하거나 이온교환 기술을 이용하여 현장에서 처리하고 있다.위탁 처리하는 경우 타 폐수와 혼합된 후 재처리를 하므로 회수율이 매우 낮으며, 혼합 폐수의 경우 분리 기술 및 설비 상의 어려움이 있으므로 현장의 세척 공정 단계에서 세정수를 처리하여 고농도의 유가금속을 회수를 할 수 있는 기술을 이용하는 것이 바람직하다.
참고문헌 (13)
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