[논문]폐주석산화물로부터 환원공정 및 전해정련을 통한 치과용 고순도 주석 회수

정현철; 김상열; 이민호

doi:10.7844/kirr.2018.27.6.38

폐주석산화물로부터 환원공정 및 전해정련을 통한 치과용 고순도 주석 회수
Recovery of Tin with High Purity for Dental Materials from Waste Tin oxide by Reduction and Electro Refining 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.27 no.6, 2018년, pp.38 - 43

정현철 (전북대학교 바이오나노시스템 공학과) , 김상열 (충남대학교 신소재공학과) , 이민호 (전북대학교 치의학전문대학원 치과생채재료학교실, 생체흡수성소재연구소 및 구강생체과학연구소(BK21 Plus사업))

초록
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유리생산공정에서 발생하는 요업로 전극봉인 폐주석 산화물로부터 가스환원공정과 전해정련을 통하여 고순도 주석을 회수하기 위한 연구를 수행하였다. 메탄가스 환원공정을 통해 99% 순도의 조주석을 회수하고, 불순물을 미량 제어하였다. 주석의 전해정련시 전류밀도가 $60A/dm^2$이고 전해액의 황산농도가 0.75 mol일 때 99.979%의 고순도 주석이 96.8% 회수되었다. 그리고 전극봉에 포함된 Pb, Sb 등의 독성 불순물 제어가 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, using electro-refining process and methane gas reduction, we performed studying the recovery of tin with high purity from waste tin oxide had used as a electrode rod of ceramic furnace which occurred during glass production process. We recovered the crude tin of 99% purity from a methane gas reduction process and controlled a little amount of impurities. When the electrolytic refining condition was a current density of $60A/dm^2$ and the sulfuric acid concentration of 0.75 mol, 96.8% of recovered tin (99.979% of purity) were recovered during the electrolytic refining. We confirmed that toxic impurities such as Pb, Sb included in electrode rod. could be controlled.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Experimental flow for the recovery of high purity tin from waste tin oxide.
표 Table 1. The components of waste Tin oxide
그림 Fig. 2. Sample of Tin Oxide.
그림 Fig. 3. The crude Tin obtained by gas reduction of waste tinoxide.
표 Table 2. The condition of electro refining of Tin
표 Table 3. The component of refined crude Tin
표 Table 4. Amounts of Tin reduction and purity of electrolytic Tin
그림 Fig. 4. Impurity of electro-refined tin with current density(A/m²).
그림 Fig. 5. Pb purity of electro refined of tin with sulfuric acid concentration.
그림 Fig. 6. Sb purity of electro refined of tin by current density and sulfuric acid concentration.
표 Table 5. The Electrochemical series of elements
표 Table 6. The purity of electrolytic Tin

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 폐 주석재에 함유된 독성불순물의 제어를 통해 치과용 소재 및 생채재료용 합금에 적용이 가능한 고순도 주석 회수기술 개발하고자, 유리생산공정 요업로 전극봉에서 사용되는 폐주석으로부터 가스환원공정과 전해정련을 통해 고순도 주석 회수기술에 대한 연구를 수행하고 주석환원 및 독성 불순물 거동특성을 고찰하였다.

제안 방법

폐 주석산화물로부터 가스환원공정을 통해 조주석을 제조하고 전해정련을 실시하여 고순도 주석 회수기술연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시료는 유리 생산 공정 요업로 전극재로 사용되는 폐주석산화물을 원료로 사용하였으며, 성분은 Table 1에 나타내었다. 성분함량은 주석이 73.

성능/효과

1. Pb, Sb의 독성물질을 함유하고 있는 요업로 전극봉 폐주석재로부터 메탄가스 환원공정을 통해 99% 이상 순도의 조주석을 회수하였으며, 메탄가스 환원공정에서 불순물의 함량은 감소하는 것을 확인하였다.
2. 주석의 전해정련 시 전류밀도 제어를 통해 순도 99.99%의 고순도 주석을 제조하였으나, 독성 성분물질인 Pb가 미량 잔류함을 확인하였다.
3. 주석의 전해정련에 사용되는 전해액의 황산농도 조절을 통해 Pb의 농도를 감소시킬 수 있었으며, Pb, Sb와 같은 독성 특성을 갖는 불순물 제거를 위한 적정한 황산액의 농도는 0.75 mol이었다.
4. 전해정련에서 전류밀도가 증가할수록 Sb, Fe 등 불순물함량이 낮아지는 경향을 보였으며, 반응속도 향상과 불순물 제거를 위한 적정한 공정조건은 전류밀도 60 A/dm², 전해액 황산농도 0.75 mol이었다.
5. 900℃, 25시간 메탄가스 환원공정과 전류밀도 60 A/dm², 0.75 mol 황산농도 조건의 전해정련을 통하여 유리공정 폐주석 산화물로부터 치과용 합금 및 생체재료에 사용가능한 독성 불순물 제어 고순도 주석회수가 가능함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주석이란?	주석은 무독성, 고내식 특성을 갖는 은백색의 결정성 금속으로, 전성과 연성이 좋으며 낮은 융점으로 고대부터 널리 이용되어 왔으며, 특히, 전기전자산업, 유리공업, 철강산업 등에 주로 사용되고, 열 교환기, 배관 등의 땜납, 식료품 캔, 유기화합물 첨가원소 등으로 사용되고 있다. 최근에는 디스플레이 투명전극(Indium-Tin-Oxide(ITO))을 비롯한 전기전자소재, Ag-Sn 치과용 합금, Ti-Sn, Zr-Sn 원자로용 첨단 합금소재1-6) 등에 사용이 증가하고 있으며, 초전도체 합금 등 그 용도가 급격히 늘어나고 있는 전략적 소재이다.
	황산농도 0.75 mol을 유지하는 것이 독성 불순물의 제거를 위한 적정한 전해정련 공정임을 알수 있는 이유는?	75 mol에서는 검출되지 않았다. 황산농도의 적정 조건을 설정하기 위해 Sb거동을 Fig. 6에 나타내었으며, 0.5 mol, 1 mol에서는 전류밀도에 따라서 미량 검출되었으나 0.75 mol에서 전류밀도가 변화하여도 검출되지 않았다. 따라서 황산농도 0.
	폐 주석재를 산업적으로 적용하기 위해서 해야할 일은?	폐 주석재를 산업적으로 적용하기 위해서는 일차적으로 조주석으로 환원하고 미량함유 되어있는 불순물을 제어하여 99.9% 이상의 고순도를 확보하여야 한다. 이에 최근에는 주석회수 및 생산기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만7-9), Sb, Pb 와 같은 독성특성 물질의 제어를 통한 고품위 주석생산에 대한 연구는 진행되고 있지 않다.

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