[논문]양극동의 전해정련시 발생된 양극슬라임으로부터 귀금속(Ag, Au) 회수에 대한 연구

김영암; 박보건; 박재훈; 황수현

doi:10.7844/kirr.2018.27.6.23

양극동의 전해정련시 발생된 양극슬라임으로부터 귀금속(Ag, Au) 회수에 대한 연구
Study on Recovery of Precious Metal (Ag, Au) from Anode Slime Produced by Electro-refining Process of Anode Copper 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.27 no.6, 2018년, pp.23 - 29

김영암 ((주)엔코) , 박보건 ((주)엔코) , 박재훈 ((주)엔코) , 황수현 ((주)엔코)

초록
AI-Helper

최근 급속한 경제성장과 기술발달로 전기전자폐기물(WEEE)의 발생량이 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따라, 전기전자폐기물의 처리에 대한 중요성 또한 높아지고 있다. 이중, 인쇄회로기판(PCB)의 경우, 유가금속을 다량 함유하고 있기 때문에 친환경적이고 경제적인 재활용 방법에 관한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 PCB스크랩으로부터 제조된 양극동의 전해정련 과정에서 발생한 양극슬라임을 활용하여 Ag 및 Au 회수를 위한 실험을 수행하였다. Ag의 경우, 3 M $HNO_3$, 100 g/L, $70^{\circ}C$로 침출하였고, 침전, 알칼리 용해, 환원 방법에 의하여 Ag를 회수하였다. Au의 경우, 양극슬라임의 질산 침출 잔사를 25% Aqua regia (왕수), 200 g/L, $70^{\circ}C$로 침출하였고, pH조정, 이온교환수지 흡착 및 탈착, 환원 방법에 의하여 Au를 회수하였다. 최종적으로 얻어진 Au, Ag의 순도는 99.99%로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently rapid economic growth and technological development have led to an increase in the generation of waste electrical and electronic equipment (WEEE). As the amount of electric and electronic waste generated increases, the importance of processing waste printed circuit boards (PCB) is also increasing. Various studies have been conducted to recycle various valuable metals contained in a waste PCB in an environmentally friendly and economical manner. To get anode slime containing Ag and Au, Anode copper prepared from PCB scraps was used by means of electro-refining. Ag and Au recovery was conducted by leaching, direct reduction, and ion exchange method. In the case of silver, the anode slime was leached at 3 M $HNO_3$, 100 g/L, $70^{\circ}C$, and Ag was recovered by precipitation, alkali dissolution, and reduction method. In the case of gold, the nitrate leaching residues of the anode slime was leached at 25% aqua regia, 200 g/L, $70^{\circ}C$, and Au was recovered by pH adjustment, ion exchange resin adsorption, desorption and reduction method. The purity of the obtained Au and Ag were confirmed to be 99.99%.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Anode slime & anode copper.
표 Table 1. Average chemical composition of the prepared anode copper and slime
그림 Fig. 2. Diagram of experimental process.
그림 Fig. 3. Leaching efficiency (%) as a function of the HNO₃ concentration.
그림 Fig. 4. Leaching efficiency (%) as a function of the reaction time.
그림 Fig. 5. Photos of the Ag powders manufacturing. (a) AgCl precipitate, (b) Ag powder.
그림 Fig. 6. Leaching efficiency (%) as a function of the aqua regia concentration.
표 Table 2. Results of the Ag reduction experiments
표 Table 3. Chemical composition of produced Ag metal
그림 Fig. 7. Adsorption efficiency of Au as a function of pH.
그림 Fig. 8. Results of maximum absorption capacity experiments of ion exchange resin.
표 Table 4. Desorption efficiency according to the types of desorption solutions
그림 Fig. 9. Au desorption efficiency as a function of the ratio (Au loaded resin: desorption solution).
그림 Fig. 10. Au recovery efficiency as a function of the amount of reducing agent.
표 Table 5. Chemical composition of produced Au metal

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 PCB스크랩으로 제조된 양극동의 전해정련 과정에서 발생한 양극슬라임에서 귀금속(Au, Ag)을 효율적으로 회수하기 위한 방법 및 조건에 대하여 연구하였다.
그 다음으로 침출액의 pH 조건에 따른 이온교환수지 흡착 실험 진행하여 흡착률을 비교하였다. 또한 탈착액의 종류 및 비율(수지:탈착액)에 대한 실험을 진행하여 최적 조건을 확인하고자 하였다. 마지막으로, 탈착액으로부터 Au를 모두 환원하기 위한 환원제의 투입비율에 대하여 조건 실험을 진행하였다.

제안 방법

Au의 회수 실험은 양극슬라임의 질산 침출 잔사를 사용하여 왕수의 농도에 따른 Au의 침출 실험을 진행하였다. 그 다음으로 침출액의 pH 조건에 따른 이온교환수지 흡착 실험 진행하여 흡착률을 비교하였다.
Au의 회수 실험은 양극슬라임의 질산 침출 잔사를 사용하여 왕수의 농도에 따른 Au의 침출 실험을 진행하였다. 그 다음으로 침출액의 pH 조건에 따른 이온교환수지 흡착 실험 진행하여 흡착률을 비교하였다. 또한 탈착액의 종류 및 비율(수지:탈착액)에 대한 실험을 진행하여 최적 조건을 확인하고자 하였다.
2와 같으며, 양극슬라임의 침출 실험은 질산 농도에 따른 조건 및 시간경과에 따른 조건에 대하여 실험을 수행하였다. 그 다음은 침출액에서 Ag를 회수하기 위한 실험으로써, 첫 번째, 환원제를 투입하여 Ag를 직접 환원하기 위한 환원제의 종류에 따른 조건 실험을 진행하였고, 두 번째, 침출액을 AgCl 형태로 침전시킨 다음, AgCl을 용해 후 환원하는 방법에 대하여 실험을 진행하였다.
또한, 반응 시간에 따른 침출률을 확인하기 위하여, 2, 4, 6, 18시간 동안 침출을 진행하였다. 침출조건은 3M 질산, 고액비 100 g/L, 반응온도 70°C에서 침출을 진행하였다.
또한 탈착액의 종류 및 비율(수지:탈착액)에 대한 실험을 진행하여 최적 조건을 확인하고자 하였다. 마지막으로, 탈착액으로부터 Au를 모두 환원하기 위한 환원제의 투입비율에 대하여 조건 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 PCB스크랩으로 제조된 양극동의 전해정련 과정에서 발생하는 양극슬라임을 활용하여 귀금속(Ag, Au)의 회수 실험을 진행하였으며, 각 목적 원소의 최적 회수 조건을 확인하였다.
실험 공정도는 Fig. 2와 같으며, 양극슬라임의 침출 실험은 질산 농도에 따른 조건 및 시간경과에 따른 조건에 대하여 실험을 수행하였다. 그 다음은 침출액에서 Ag를 회수하기 위한 실험으로써, 첫 번째, 환원제를 투입하여 Ag를 직접 환원하기 위한 환원제의 종류에 따른 조건 실험을 진행하였고, 두 번째, 침출액을 AgCl 형태로 침전시킨 다음, AgCl을 용해 후 환원하는 방법에 대하여 실험을 진행하였다.
양극슬라임에 포함된 Au의 회수를 위하여 산농도에 따른 침출 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 산의 종류는 염산과 질산이 부피비 3:1로 혼합된 왕수를 사용하였으며, 왕수의 농도를 25%, 50%, 75%로 조절하여 실험을 진행하였다. 침출 조건은 고액비 200 g/L, 반응온도 70℃, 24시간 동안 침출하였다(Fig.
양극슬라임에 포함된 Au의 회수를 위하여 산농도에 따른 침출 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 산의 종류는 염산과 질산이 부피비 3:1로 혼합된 왕수를 사용하였으며, 왕수의 농도를 25%, 50%, 75%로 조절하여 실험을 진행하였다.
8배 증가하였다. 양극슬라임을 사용하여 실험을 수행하였고, 귀금속(Au, Ag)를 분리 회수하였다.
이에 따라, 양극슬라임의 질산 침출액에 환원제를 투입하여 Ag 분말을 회수하였으며 환원제를 투입하여 반응하였다.
전해정련 과정에서 발생한 양극슬라임에서 귀금속을 회수하기 위하여, 고액비 100 g/L, 반응온도 70℃에서 질산의 농도에 따른 침출 실험을 수행하였다. 질산의 농도는 1 ~ 5 M까지 농도를 조절하여 침출률을 확인하였다.
8%이며, 양극슬라임의 경우, 평균 Au 3,649 ppm, Ag 16,781 ppm으로 확인되었다(Table 1). 주요 성분에 대한 성분분석은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer, ICPE-9000, Shimadzu)를 사용하여 분석을 실시하였다. 양극동은 동합금 잉곳(미량의 금, 은 함유)을 제조업체로부터 구매한 다음, 자사의 용해로를 활용하여 제작하였다.
양극슬라임을 질산 침출액에 35% HCl을 일정량(Ag이론양의 2배) 투입 반응하여 AgCl을 침전시킨다. 침전액을 고액분리하여 AgCl 침전물을 회수한 다음 물세척을 실시하였다.
침출조건은 3M 질산, 고액비 100 g/L, 반응온도 70°C에서 침출을 진행하였다.
탈착액에 환원제를 투입하여 Au의 환원을 진행하였으며, 환원제로는 Ascorbic acid을 사용하였다. Au 이론양 대비 환원제의 무게비율을 각각 1:1, 1:2, 1:3, 1:4으로 투입하였을 때, Au 환원율은 9.

대상 데이터

주요 성분에 대한 성분분석은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer, ICPE-9000, Shimadzu)를 사용하여 분석을 실시하였다. 양극동은 동합금 잉곳(미량의 금, 은 함유)을 제조업체로부터 구매한 다음, 자사의 용해로를 활용하여 제작하였다. 또한, 전해정련(양극: 양극동, 음극: SUS316)을 통하여 생성된 양극슬라임의 귀금속 함량은 양극동 대비 6.

성능/효과

1) Ag 회수의 최적 조건은 양극슬라임을 3 M 질산용액에 고액비 100 g/L, 70℃로 침출한 다음, AgCl침전시킨다. AgCl을 알칼리 용해한 다음, 환원제를 투입하여 환원하는 공정이 최적의 공정으로 확인되었다.
2) Au 회수의 최적 조건은 양극슬라임의 질산 침출잔사를 25% 왕수에 고액비 200 g/L, 70℃로 침출한다음, 침출액을 pH조정, 이온교환수지 흡착 및 탈착 공정 후 환원제를 투입하여 환원하는 공정이 최적의 공정으로 확인되었다. 최종 회수한 Au메탈은 99.
Ag 회수에서 각 공정별 회수율은 Ag 침출 98%, AgCl 침전 100%, Ag 환원 100%, Ag 주조 100% 이며, 최종 회수율은 98.0%로 확인되었다.
AgCl 침전 후 여과액 및 Ag 환원 후 여과액의 Ag 농도를 분석한 결과 Ag은 검출되지 않았으며, Ag이 모두 회수되었음을 확인하였다. 회수한 Ag분말을 최종적으로 주조하여 Ag메탈을 제조하였으며, 분석결과 99.
1) Ag 회수의 최적 조건은 양극슬라임을 3 M 질산용액에 고액비 100 g/L, 70℃로 침출한 다음, AgCl침전시킨다. AgCl을 알칼리 용해한 다음, 환원제를 투입하여 환원하는 공정이 최적의 공정으로 확인되었다. 분석을 통하여 AgCl 침전 및 환원과정에서의 Ag 손실이 없음을 확인하였고, 최종 회수한 Ag메탈은 99.
탈착액에 환원제를 투입하여 Au의 환원을 진행하였으며, 환원제로는 Ascorbic acid을 사용하였다. Au 이론양 대비 환원제의 무게비율을 각각 1:1, 1:2, 1:3, 1:4으로 투입하였을 때, Au 환원율은 9.3%, 98.6%, 100%, 100%로 나타났으며, 1:3 비율이 적절한 것으로 확인되었다(Fig. 10).
Au 회수에서 각 공정별 회수율은 Au 침출 99.5%, pH 조정 100%, Au 흡착 100%, Au 탈착 99.7%, Au환원 100%, Au 주조 100%이며, 최종 회수율은 99.2%로 확인되었다.
Au의 침출률은 25%, 50%, 75%의 왕수 조건에서 각각 99.5%, 99.9%, 99.9%로 나타났으나, 약품사용량 등의 경제성을 고려하면 최적의 침출 조건은 25% 왕수로 확인되었다.
Au의 회수를 위하여 Au loaded resin:stripping solution (수지:탈착액)의 비율은 1:3으로 하여 탈착액의 종류에 따른 실험을 진행한 결과, NaOH 수용액의 Au탈착률은 0.9%로써 거의 탈착이 되지 않았으며, NH₄OH의 Au탈착률은 99.7%으로 확인되었다(Table 4).
질산의 농도는 1 ~ 5 M까지 농도를 조절하여 침출률을 확인하였다. 그 결과 5 M 질산일 때 Cu, Ag 등의 침출률이 99%로 가장 높은 것으로 확인되었으나, 비용, 안정성 등을 고려하면 3 M 질산에 침출하는 조건이 가장 적합한 것으로 확인되었다. 반면, Au의 경우 침출이 전혀 일어나지 않았다(Fig.
침출조건은 3M 질산, 고액비 100 g/L, 반응온도 70°C에서 침출을 진행하였다. 그 결과 반응시간 18시간에서 98%의 Ag 침출률이 확인되었다(Fig. 4).
AgCl을 알칼리 용해한 다음, 환원제를 투입하여 환원하는 공정이 최적의 공정으로 확인되었다. 분석을 통하여 AgCl 침전 및 환원과정에서의 Ag 손실이 없음을 확인하였고, 최종 회수한 Ag메탈은 99.99%의 순도를 나타내었다.
수지의 탈착률을 높이기 위해 NH₄OH 용액의 비율을 조정하여 실험을 진행하였으며, 그 결과 이온교환수지와 NH₄OH 용액의 부피비율이 1:3 및 1.4 일 때, Au의 탈착률이 99.7%로써 가장 높게 나타났다(Fig. 9).
실험에 사용된 이온교환수지의 최대 흡착능력을 확인하기 위해서 실험을 진행한 결과, 이온교환수지에 흡착된 액이 12L까지는 Au이 모두 흡착되었으며, 13L일 때는 흡착 후 액에서 Au이 3 ppm 검출되었다. 이에 따라, 이온교환 수지의 최대 흡착능력은 158 g Au/L resin 임을 확인하였다(Fig.
1과 같다. 양극동의 주요 구성 성분은 평균 Au 538 ppm, Ag 0.23%, Cu 80.8%이며, 양극슬라임의 경우, 평균 Au 3,649 ppm, Ag 16,781 ppm으로 확인되었다(Table 1). 주요 성분에 대한 성분분석은 ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer, ICPE-9000, Shimadzu)를 사용하여 분석을 실시하였다.
2) Au 회수의 최적 조건은 양극슬라임의 질산 침출잔사를 25% 왕수에 고액비 200 g/L, 70℃로 침출한다음, 침출액을 pH조정, 이온교환수지 흡착 및 탈착 공정 후 환원제를 투입하여 환원하는 공정이 최적의 공정으로 확인되었다. 최종 회수한 Au메탈은 99.99%의 순도를 나타내었다.
침출액에서 직접 환원을 통한 Ag 회수의 방법과 비교하였을 때, 침전-용해-환원 방법으로 회수한 Ag의 순도가 더 높은 것을 확인하였다.
회수된 Au분말을 최종적으로 주조한 Au메탈의 순도는 99.99%를 나타내었다(Table 5).
AgCl 침전 후 여과액 및 Ag 환원 후 여과액의 Ag 농도를 분석한 결과 Ag은 검출되지 않았으며, Ag이 모두 회수되었음을 확인하였다. 회수한 Ag분말을 최종적으로 주조하여 Ag메탈을 제조하였으며, 분석결과 99.99%의 순도를 나타내었다(Table 3).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자 산업의 특징은?	전자 산업은 산업의 특성상 제품의 디자인 및 성능의 변화 속도가 매우 빠르기 때문에 관련 제품의 교체 주기가 점점 짧아지고 있으며, 급격한 경제 성장 및 기술의 진보로 인한 전자제품의 수요 또한 급격하게 증가하고 있다. 이는, 전자전기폐기물(WEEE: waste electrical and electronic equipment) 발생량의 빠른 증가라는 결과를 동반하게 되며, 이렇게 발생된 전자전기폐기물의최종 처리 문제에서 다양한 환경 문제를 야기하게 된다1).
	전자제품의 수요가 급격히 증가함으로 생기는 전자전기폐기물의 문제점은 무엇인가?	전자 산업은 산업의 특성상 제품의 디자인 및 성능의 변화 속도가 매우 빠르기 때문에 관련 제품의 교체 주기가 점점 짧아지고 있으며, 급격한 경제 성장 및 기술의 진보로 인한 전자제품의 수요 또한 급격하게 증가하고 있다. 이는, 전자전기폐기물(WEEE: waste electrical and electronic equipment) 발생량의 빠른 증가라는 결과를 동반하게 되며, 이렇게 발생된 전자전기폐기물의최종 처리 문제에서 다양한 환경 문제를 야기하게 된다1).대표적인 전자전기폐기물인 PCB(Printed circuit board)스크랩의 경우, 금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd) 등의 다양한 귀금속과 구리(Cu), 철(Fe), 주석(Sn) 등의 유가금속을 포함하고 있기 때문에, 친환경적이고 경제적인 처리방법에 대한 중요성도 높아지고 있다.
	전기전자폐기물의 처리가 중요성이 높아지고 있는 원인은?	최근 급속한 경제성장과 기술발달로 전기전자폐기물(WEEE)의 발생량이 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따라, 전기전자폐기물의 처리에 대한 중요성 또한 높아지고 있다. 이중, 인쇄회로기판(PCB)의 경우, 유가금속을 다량 함유하고 있기 때문에 친환경적이고 경제적인 재활용 방법에 관한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

참고문헌 (11)

Buenkens, A. and Yang, J., 2014 : Recycling of WEEE plastics : a review, J. Mate Cycles Waste Manag, 16, pp.415-434.

상세보기
Han, Y. R. and Choi, Y. I., 2015 : A study on improvement of valuable metals leaching and distribution characteristics on waste PCBs (printed circuit boards) by using pulverization process, J. Environ. Sci. Int., 24(2), pp.245-251.

원문보기 상세보기
Cui, J. and Zhang, L., 2008 : Metallurgical recovery of metals from electronic waste: A review, Journal of hazardous materials, 158(2), pp.228-256.

상세보기
Oh, J. H. and Kang, N. K., 2013 : Economical Review of the E-waste Recycling, J. Korean Inst. Resour. Recycl., 22(4), pp.12-21.
Jeong, J., et al., 2012 : Recycling Process for Metal Recovery from Waste Printed Circuit Boards, Applied Chemistry, 16(1), pp.77-80.
Li, J., et al., 2010 : Interfacial and mechanical property analysis of waste printed circuit boards subject to thermal shock, Journal of the Air & Waste Management Association, 60(2), pp.229-236.

상세보기
Cui, J. and Forssberg, E., 2003 : Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review, Journal of hazardous materials, 99(3), pp.243-263.

상세보기
Chiang, H. L., et al., 2007 : Pyrolysis characteristics of integrated circuit boards at various particle sizes and temperatures, Journal of Hazardous Materials, 149(1), pp.151-159.

상세보기
Park, S., et al., 2015 : Apparatus for electronic component disassembly from printed circuit board assembly in e-wastes, International Journal of Mineral Processing, 144, pp.11-15.

상세보기
Kwon, S., et al., 2016 : Separation of tantalum from electronic components on laptop printed circuit board assembly, Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, 25(1), pp.24-30.

원문보기 상세보기
Yun, K. S., et al., 2005 : Preparation of Ag Powder from $AgNO_3$ by Wet Chemical Reduction Method 1. The Establishment of Optimum Reaction System for the Preparation of Spherical Ag Powder, Journal of the Korean Powder Metallurgy Institute, 12(1), pp.56-63.

원문보기 상세보기

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증