[논문]염산용액에서 사이클론형 전해방식에 의한 주석의 전해채취

조연철; 강명식; 소홍일; 이주은; 안재우

doi:10.7844/kirr.2017.26.3.61

염산용액에서 사이클론형 전해방식에 의한 주석의 전해채취
Electrowinning of Tin from Acidic Chloride Effluents by Cyclone type Electrolytic Cell 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.26 no.3, 2017년, pp.61 - 68

조연철 (대진대학교 신소재공학과) , 강명식 (대진대학교 신소재공학과) , 소홍일 (대진대학교 신소재공학과) , 이주은 (대진대학교 신소재공학과) , 안재우 (대진대학교 신소재공학과)

초록
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염산 용액에서 주석을 금속으로 회수하기 위하여 사이클론 전해채취 방식을 사용하였다. 주석의 전해채취에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 유속, 전류밀도, 전해액 중 주석 농도, 염산 농도 영향에 대하여 조사하였다. 유속이 증가하고, 주석과 염산의 농도가 감소할수록 주석의 회수율과 전류효율이 증가하였고, 전류밀도가 증가함에 따라 회수율은 증가하였으나 전류효율은 감소하였다. 유속 18 L/min., $3A/dm^2$, 2.5 g/L Sn, 5 wt.% HCl 조건에서 효과적으로 주석을 회수할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Cyclone electrowinning method was used to recover tin to metal in hydrochloric acid solution. The effects of flow rate, current density, tin concentration, and hydrochloric acid concentration on the electrowinning of tin were investigated. As the flow rate increased and the concentration of tin and hydrochloric acid decreased, the tin recovery and current efficiency increased. As the current density increased, the recovery rate increased but the current efficiency decreased. Tin can be effectively recovered at flow rates of 18 L/min., $3A/dm^2$, 2.5 g/L Sn, and 5 wt.% HCl.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 주석이 저 농도로 함유되어 있는 염산계 용액으로부터 사이클론 전해조를 사용하여 주석을 전해 회수하기 위해 유속, 전류밀도, 전해액 중 주석의 농도, 염산 농도에 대한 실험 변수로 기초 연구를 실시하였다.

제안 방법

사이클론 전해채취 방식의 장점은 저 농도 용액에서도 물질이동을 촉진 시킬 수 있어 효율적으로 전해채취가 가능하다는 것인데^8-14), 이를 확인하기 위해 주석의 농도를 2.5, 5, 10, 15 g/L로 변화시키면서 이에 따른 주석의 전해채취 거동을 조사하였다. Fig.
저 농도 주석을 함유하고 있는 염산계 용액에서 사이클론 방식의 전해채취 방법을 이용하여 주석을 회수하기 위한 기초 연구를 진행하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
전해액 중의 염산 농도에 대한 영향을 고찰하기 위해 염산 농도를 5, 10, 15, 20 wt.%로 실험하였으며, 그 결과를 Fig. 12, 13에 나타내었다.

대상 데이터

본 연구에서는 10 liter의 모의용액을 제조하여 Bath에 투입하여 온도를 조절하고, 펌프를 사용하여 용액을 순환하였다. 전류공급은 정류기(DH-R50ST, Jisang electric Co.
본 연구에서는 저농도 주석 함유 폐액과 유사한 조성의 모의용액을 제조하여 사용하였으며, 기본 용액의 조성과 반응 조건은 Table 1에 나타내었다. 용액 제조에는 특급시약을 사용하여 2가 주석(Sn²⁺)이 함유된 염산염 용액으로 제조하였다.
본 연구에서는 저농도 주석 함유 폐액과 유사한 조성의 모의용액을 제조하여 사용하였으며, 기본 용액의 조성과 반응 조건은 Table 1에 나타내었다. 용액 제조에는 특급시약을 사용하여 2가 주석(Sn²⁺)이 함유된 염산염 용액으로 제조하였다. 사용한 실험 장치 모식도는 Fig.
2와 같으며, 제작한 장비를 사용하여 실험하였다. 전해 반응조의 크기는 지름 67 mm, 높이 134 mm의 실린더 형태로 제작하였으며, 양극으로는 SUS 316에 RuO₂가 코팅된 불용성 양극을 사용하였으며, 음극으로는 면적 2.1 dm² 의 Ti sheet를 사용하여 전해 반응조 안쪽에 설치하였다. RuO₂는 산소 및 염소 발생용 전극 으로 열적, 화학적으로 안정하여 전기화학적 활성 측면에서 적합한 물질로, 저항이 낮고 산소 및 염소 발생에 대한 과전압이 낮아 양극으로 코팅되어 많이 사용되고 있다¹⁶⁾.

성능/효과

3) 전해액 중 주석의 농도가 감소할수록 주석의 회수율은 증가하였으며, 2.5 g/L Sn 용액에서 8시간 반응 후에 약 60% 정도의 주석을 회수 할 수 있었다.
4) 전해액 중 염산의 농도가 감소할수록 전류효율과 회수율이 증가하였으며, 염산 농도 15 wt.% 이상에서는 회수율과 전류효율의 큰 차이가 없었다.
5) 실험에서 회수된 주석은 음극에서 쉽게 탈착 가능 하였으며, 대부분 Flake와 분말 형태로 회수 되었다.
4는 유속의 증가에 따라 전류효율의 변화를 나타낸 그림으로 유속이 증가할수록 전류 효율이 증가하는 경향을 보이며 시간이 지남에 따라 전류효율이 감소하는 경향을 보였다. 유속이 증가할수록 물질이동에 필요한 에너지가 충분히 공급되어 전류효율이 개선되며, 그에 따라 회수율이 증가한 것으로 사료되며 이는 사이클론 방식의 전해채취의 특징을 잘 보여 준다. 회수된 주석의 형태는 유속 12 L/min.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전해채취는 무엇인가?	저농도 주석 함유 용액에서 이온교환법을 이용하여 회수가 가능하다고 보고되어 있지만6), 주석 금속으로 회수하기 위한 후속공정으로 전해채취(Electrowinning)기술이 사용되어야 한다. 전해채취는 금속이온이 함유된 용액을 전해액으로 사용하여 목적 금속을 음극 면에 환원시켜 비교적 고순도의 금속을 얻는 공정으로, 전해 반응 후 용매를 재사용 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이 경우에는 전해액 내 금속 이온의 농도가 30 g/L 이상에서 효과적으로 전해채취가 가능하며, 그 미만의 농도에서는 전해채취에 의한 금속 회수가 용이하지 않다.
	전해채취의 단점으로 인해 어떤 기술이 필요한가?	그러나 이 경우에는 전해액 내 금속 이온의 농도가 30 g/L 이상에서 효과적으로 전해채취가 가능하며, 그 미만의 농도에서는 전해채취에 의한 금속 회수가 용이하지 않다. 따라서 저농도 금속이온이 함유된 용액에서 효과적으로 금속을 회수기술이 필요하며, Electrometals Technologies Limited사에서 전착 속도를 개선하고 저농도 용액에서 효과적으로 금속을 회수하는 방법으로 EMEW법이 개발하였으며 금, 은, 백금, 팔라듐 등의 귀 금속 및 구리, 니켈 등의 금속의 회수에 관한 연구가 보고되어 있으며 일부 기술은 상용화 되어 사용되고 있다. 이러한 EMEW법과 유사한 사이클론(Cyclone) 전해 방법이 일부 소개되어 있으며, 이는 기존의 전해채취 방식보다 반응속도가 빠르고, 저농도 용액에서도 금속을 회수 할 수 있다는 장점이 있다.
	국내에서 주석의 가격이 불안정한 이유는?	주석은 첨단 전자 제품의 필수 소재로 사용되는 금속 중 하나이다. 국내의 경우 주석 전량을 수입에 의존하고 있으며, 주석 자원이 동남아 일부 국가에 편중되어 있고 이들 국가에서 제련되어 공급되기 때문에 가격이 불안정한 실정이다1,2). 따라서 최근에는 스크랩이나 슬러지 등 폐자원에서 주석을 회수하여 재사용하는 기술에 많은 관심을 갖고 있지만 이들 폐자원에는 주석이 고농도로 함유되어 있고, 고농도 주석 폐자원에 대해서 용융법, 건식 환원법 등으로 회수하는 방법들이 발표된 바 있다3-7).

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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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