KR100329483B1 - Method for preparing nickel compound from waste nickel compound - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐니켈화합물로부터 니켈화합물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섀도우 마스크(Shadow Mask)를 엣칭한 후의 용액으로부터 니켈(nickel)을 제거할 때 발생되는 폐니켈화합물을 처리하여 니켈화합물을 제조시 중간물질로 제조하는 염기성 탄산니켈(BNC)을 이용하여 경제적으로 고품질의 니켈화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nickel compound from the waste nickel compound, and more particularly, by treating the waste nickel compound generated when removing nickel from the solution after etching the shadow mask. The present invention relates to a method for producing high quality nickel compounds economically using basic nickel carbonate (BNC), which is used as an intermediate in the preparation of a compound.
Description
본 발명은 폐니켈화합물로부터의 니켈화합물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 섀도우 마스크(Shadow Mask)를 엣칭한 후의 용액으로부터 니켈(Nickel)을 제거할 때 발생되는 폐니켈화합물을 처리시 대부분의 Fe성분을 제거하여 저렴하면서도 고품질로 니켈화합물을 얻을 수 있는 폐니켈화합물로부터의 니켈화합물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a nickel compound from the waste nickel compound, and more particularly, when treating the waste nickel compound generated when removing nickel from the solution after etching the shadow mask. The present invention relates to a method for producing a nickel compound from a waste nickel compound which can be obtained at a low cost and high quality by removing the Fe component.
용액으로부터 얻은 폐기물로, 엣칭후의 액에 Fe 분말을 가하여 Ni분을 침전시켜 얻은 것이며(이하, 'Ni-Mud'라 함)로 되어있고, 통상 니켈 15 내지 30 %, 철 30 내지 60 %, 및 극소량의 불순물을 포함한다. 상기 폐니켈 화합물물(또는 Ni-Mud)의 화학성분 분석치는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.The waste obtained from the solution is obtained by precipitating Ni powder by adding Fe powder to the solution after etching (hereinafter referred to as 'Ni-Mud'), and is usually 15 to 30% nickel, 30 to 60% iron, and Contains very small amounts of impurities. Chemical component analysis of the waste nickel compound (or Ni-Mud) is as shown in Table 1 below.
종래에는 폐니켈화합물로부터 니켈화합물을 제조하기 위하여, 니켈 분말을 산화 처리하여 니켈화합물을 제조해 왔다. 즉, 니켈화합물을 고가의 금속을 해당산에 용해하고, 증발농축, 및 결정화 공정을 거쳐서 제조하거나, 또는 조황산니켈을 중화하고 용매 추출, 및 결정화 공정을 거쳐 제조하여 왔다. 그러나, 상기 방법은 니켈 분말을 산화 처리하여 제조한 니켈화합물은 가격이 비싸다는 문제점이 있다.또 다른 방법으로 염기성 탄산니켈(Basic NiCO3:BNC)을 이용하여 니켈화합물을 제조하는 방법이 있는데, 염기성 탄산니켈의 제조에 있어서 종래에는 산화니켈(NiO) 또는 수산화니켈(Ni(OH)2)에 이산화탄소 가스를 주입하면서 고온에서 가열숙성하여 제조하여 왔다. 또는, 황산 니켈(NiSO4ㆍ6H20)과 같은 니켈화합물에 암모니아(NH3)와 탄산소다(Na2CO3) 등의 이산화탄소원을 가하여 고온에서 염기성 탄산니켈을 제조하였다. 그러나, 상기 방법에서 염기성 탄산니켈의 순도는 원료인 산화니켈 및 수산화니켈의 순도에 따라 결정되며, 제조공정상 고가의 경비를 요하므로 비경제적이라는 단점이 있다.Conventionally, in order to produce a nickel compound from waste nickel compounds, nickel compounds have been oxidized to produce nickel compounds. In other words, nickel compounds have been prepared by dissolving expensive metals in corresponding acids and evaporating and concentrating or crystallizing, or by neutralizing nickel sulfate and carrying out solvent extraction and crystallization. However, this method has a problem that the nickel compound prepared by oxidizing the nickel powder is expensive. Another method is to prepare a nickel compound using basic nickel carbonate (Basic NiCO 3 : BNC). In the production of basic nickel carbonate, it has been conventionally prepared by heating and aging at high temperature while injecting carbon dioxide gas into nickel oxide (NiO) or nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ). Alternatively, basic nickel carbonate was prepared at high temperature by adding a carbon dioxide source such as ammonia (NH 3 ) and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) to a nickel compound such as nickel sulfate (NiSO 4 · 6H 2 0). However, in the above method, the purity of basic nickel carbonate is determined according to the purity of nickel oxide and nickel hydroxide as raw materials, and has a disadvantage of being uneconomical because it requires expensive expenses in the manufacturing process.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 고려하여, 화학공장에서 배출되는 폐기물인 폐니켈화합물로부터 공해를 유발하지 않으면서도 저렴하게 고품질의 니켈화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention It is an object of the present invention to provide a method for producing a high quality nickel compound at low cost without causing pollution from waste nickel compounds which are wastes discharged from a chemical plant in view of the conventional problems as described above.
본 발명의 다른 목적은 시약급이면서 가격 경쟁력이 있는 부가가치가 높은 염기성 탄산니켈을 제조한 후 이를 이용하여 시약급 니켈화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a reagent-grade nickel compound using a high-value added basic nickel carbonate, which is reagent-grade and competitive in price.
본 발명의 다른 목적은 염기성 탄산니켈의 제조공정을 생략하여 간단한 방법으로 폐니켈화합물로부터 공업용 니켈화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an industrial nickel compound from the waste nickel compound by a simple method by omitting the production process of basic nickel carbonate.
도 1은 본 발명에 따른 니켈화합물의 제조공정을 나타낸 것으로, 부분 I은 폐니켈화합물로부터 철(Fe)성분을 분리하는 공정을 포함하는 염기성 탄산니켈(BNC)이 제조하고, 상기 염기성 탄산니켈(BNC)을 중간물질로 하여 이 염기성 탄산니켈(BNC)을 주어진 산으로 용해하고, 여과한 다음 그 여액을 증발 및 결정화시켜 폐니켈화합물을 만드는 공정을 나타낸 것이다. 부분 Ⅱ는 폐니켈화합물로부터 염기성 탄산니켈(BNC)을 거치지 않고 니켈화합물을 제조하는, 본 발명상의 또 다른 제조공정도이다.Figure 1 shows a process for producing a nickel compound according to the present invention, part I is prepared by basic nickel carbonate (BNC) comprising a step of separating the iron (Fe) component from the waste nickel compound, the basic nickel carbonate ( BNC) is used as an intermediate to dissolve this basic nickel carbonate (BNC) with a given acid, filtered and the filtrate is evaporated and crystallized to form a waste nickel compound. Part II is another manufacturing process diagram of the present invention for producing a nickel compound from the waste nickel compound without passing through basic nickel carbonate (BNC).
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은섀도우마스크를 엣칭(etching)한 후의 용액으로부터 니켈을 제거할 때 발생하는 폐니켈화합물을 처리하여 니켈화합물을 제조하는 방법에 있어서,a) 상기 폐니켈화합물 내의 니켈을 염산, 황산, 질산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산으로 침출하는 단계;b) 상기 침출물에 암모니아(NH3) 수용액을 가하여 착염된 니켈용액을 제조하는 단계;c) 상기 착염화된 니켈용액을 80 내지 150 ℃에서 30분 내지 10시간 동안 수열반응시키고 철 및 불순물을 제거하는 단계;d) 상기 철 및 불순물이 제거된 여액에 [CO3]/[Ni] 몰비가 1.0 내지 1.4가 되도록 Na2CO3또는 CO2와 NaOH의 혼합물을 가하고, 70 내지 150 ℃에서 1 내지 15시간 동안 탄산반응시키는 단계;e) 상기 탄산반응을 통하여 침강된 염기성 탄산니켈(BNC)을 수득하는 단계;f) 상기 수득된 염기성 탄산니켈에 염산, 황산, 질산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산을 가하여 용액을 제조한 후, 상기 용액에 산화제를 가하여 증발농축을 한 다음 여과하는 단계; 및g) 상기 여과된 여액을 결정화시키는 단계를 포함하는 폐니켈화합물로부터의 니켈화합물을 제조하는 방법을 제공한다.이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.본 발명은 30% 이상의 철분이 포함된 폐니켈화합물을 폐기처분하지 않고, 이들 폐니켈화합물 내에 포함된 대부분의 Fe 성분을 제거하고 최종 pH를 조절하면서 고온, 산소압력하에서 니켈성분을 산 침출한 다음 착염화, 가수분해 및 탄산반응의 공정을 거쳐서 염기성 탄산니켈(2NiCO3ㆍ3Ni(OH)2ㆍ4H20 : BNC)을 중간물질로 제조하고, 이를 산에 용해하여 증발ㆍ농축 및 결정화 단계를 통해 시약용 니켈화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 염기성 탄산니켈 화합물의 제조를 생략하여 공업용 니켈화합물을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 폐니켈화합물의 재활용으로 환경오염을 줄일 수 있고, 염가이면서도 고품질의 염기성 탄산니켈을 제조하여 니켈화합물을 제조하므로 경제적인 이점이 있다.본 발명에서는 상기 폐니켈화합물(Ni-Mud) 중에 포함된 철(Fe)분과 대부분의 불순물을 제거하고, Ni을 침출하기 위하여 습식제련법을 사용한다.이하, 본 발명의 니켈화합물의 제조방법을 첨부된 도 1의 공정도에 의거하여 설명한다. 본 발명은 도 1의 폐니켈화합물을 처리하여 니켈화합물을 제조하는 공정도에 있어서 공정부분 I과 공정부분 Ⅱ로 나누어 설명한다.상기 공정부분 Ⅰ는 철 성분이 10 ppm 미만으로 포함된 시약급의 니켈화합물을 제조하는 방법을 나타낸 것이고, 공정부분 Ⅱ는 철 성분이 10 ppm 이상 포함되어도 무방한 공업용 니켈화합물을 제조하는 방법을 나타낸 것이다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.본 발명은 시약용 니켈화합물을 제조하기 위하여, 공정부분 I를 실시한다.먼저, 본 발명은 화학공장에서 폐기물로 배출된 폐니켈화합물 내의 니켈 성분을 산으로 침출시키는 단계를 실시한다.본 발명은 1,000 내지 2,000ℓ의 물이 들어 있는 오토클레이브(Autoclave)내에 폐니켈 화합물 1,000 내지 1,500 kg을 서서히 가하여 혼합하여 슬러리를 제조한다(도 1의 11). 이때, 고체농도(Pulp Density)는 20 내지 60 %로 조절하는 것이 바람직하다.상기 혼합액(slurry)에 온도가 100 ℃를 넘지 않도록 조심하면서 산을 천천히 투입한다. 이후, 산을 첨가한 혼합액에 과산화수소(H2O2) 또는 과망간산칼륨(KMnO4)과 같은 통상의 산화제를 가하고, 산소 가스를 투입하여 전체 압력 0.1 내지 100 Kg/㎠, 및 반응온도 70 내지 150 ℃로 유지시키면서 침출반응을 30분 내지 8시간 동안 실시하여 니켈성분을 침출시킨다.이때, 상기 침출반응은 슬러리의 pH가 3.5 내지 5.0의 범위를 유지할 때 종결시키는 것이 중요하며, 이러한 과정을 통해 약 95 % 이상의 니켈 및 10 % 이하의 철 성분이 침출된다. 상기 산침출시 사용하는 산을 염산, 황산, 질산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.그 다음으로, 본 발명은 상기 침출물에 암모니아(NH3) 수용액을 가하여 착염화 반응으로 착염된 니켈용액을 제조하는 단계를 실시한다.본 발명은 상기 침출물에 암모니아 수용액(단계 15에서 회수한 암모니아(NH3))을 가하여 하기 반응식 1과 같은 착염반응을 통해 착염된 니켈용액을 제조한다. 상기 암모니아 수용액의 첨가량은 니켈에 대한 암모니아의 몰비([NH3]/[Ni])가 6.0 내지 11.0이 되도록 가하는 것이 바람직하다(도 1의 12).[반응식 1]Ni2++ 6(NH3) →Ni(NH3)6 2+이다.그 다음으로, 본 발명은 상기 착염화된 니켈용액을 수열반응에 의한 가수분해를 수행하여 철 및 불순물을 여과하여 제거하는 단계를 실시한다.상기 착염화 반응이 끝난 용액에 과산화수소 또는 과망간산 칼륨과 같은 통상의 산화제를 가하고, 산소 가스를 투입하여 전체 압력 0.1 내지 100 Kg/㎠ 및 반응 온도를 80 내지 150 ℃ 하에서 30분 내지 10시간, 바람직하게 3 내지 5 시간 동안 수열반응시킨 뒤, 가수분해하여 상기 페니켈 화합물로부터 침출된 철 성분과 나머지 불순물들을 침전시킨다(도 1의 단계 13).상기에서 얻은 슬러리를 여과하여(도 1의 단계 14) 침출된 철 성분과 나머지 불순물을 제거한 후, 여액을 탄산반응조에 이송한다. 여과하여 생성된 잔사는 적치하여 안료용 또는 페라이트(Ferrite) 제조용으로 활용할 수 있다.그 다음으로, 본 발명은 상기 여과된 여액에 Na2CO3또는 CO2와 NaOH의 혼합물을 가하고, 탄산반응시키는 단계를 실시한다.본 발명은 상기 여액에 상기 니켈에 대한 탄산의 몰비([CO3]/[Ni])가 1.0 내지 1.4가 되도록 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)과 이산화탄소의 혼합물을 가하고, 70 내지 150 ℃하에서 1 내지 15 시간 동안 가열하여 탄산반응을 실시한다(도 1의 단계 15).이후, 상기 탄산반응을 통하여 침강된 염기성 탄산니켈(BNC)을 수득하는 단계를 실시한다.상기 탄산반응이 완료되면 침강성이 양호한 염기성 탄산니켈(BNC: 2NiCO3·3Ni(OH)24H2O)이 생성되고, 99.0% 이상의 암모니아가 회수된다. 회수된 암모니아는 상기한 단계 13의 침출액의 착염화에 사용될 수 있다.그 다음으로, 상기 수득된 염기성 탄산니켈에 산을 가하고 용해한 후 산화제를 가하고 증발. 농축 및 여과단계를 실시한다.본 발명은 생성된 염기성 탄산니켈(BNC)을 여과하여(도 1의 단계 16), 상기 염기성 탄산니켈 내의 니켈성분이 35 내지 42 %가 되도록 한 다음, 염산, 황산 또는 질산을 가하여 용해한다(도 1의 단계 17). 상기 용액에 통상의 산화제를 가하여 미량의 불순물을 산화시키고, 상기 여액을 여과하여 증발 농축을 실시한다.마지막으로, 상기 여과된 여액을 결정화한 다음, 여과하여 시약용 니켈화합물을 제조한다.상기 공정부분 I단계의 방법을 포함하는 방법으로 제조된 니켈화합물을 철 성분을 10 ppm 미만으로 함유하고 있어, 시약급 니켈화합물로 사용할 수 있다. 이러한 방법에 따르면 침출시키는 산의 종류에 따라 염화니켈(NiCl2·6H2O), 질산 니켈(Ni(NO3)2·6H2O), 및 황산 니켈(NiSO4·6H2O) 등이 시약용 니켈화합물을 고품질로 제조할 수 있다.또한, 본 발명은 선택적으로 염기성 탄산니켈의 제조공정을 생략하여 상기 공정부분 I 단계에 기재한 바와 동일한 방법으로 폐니켈화합물 내의 니켈을 침출한 후, 산 침출물을 여과 및 수열반응을 통해 대부분의 철을 제거하고 그 여액을 증발 농축 및 결정화하여 공업용 니켈화합물을 제조할 수도 있다. 본 발명에 있어서, 본 공정은 철성분이 제품에 10 ppm 이상 포함되어도 무방한 공업용 니켈화합물을 제조할 때 사용할 수 있다.상기 니켈을 침출시 폐니켈화합물과 산의 혼합액의 pH는 3.5 내지 5.0을 유지하는 것이 바람직하다(도 1의 단계 11).본 발명은 상기 니켈침출액을 여과하여(도 1의 단계 21), 수득한 여액을 가수분해기에 옮기고 가수분해한다(도 1의 단계 22). 상기 가수분해 반응은, 상기 여액에 과산화수소, 과망간산 칼륨, 또는 산소가스의 같은 통상의 산화제를 가하고 전체압력을 0.1 내지 100 Kg/㎠으로 유지하고, 80 내지 150 ℃의 온도하에서 30분내지 15시간 동안 가열하여 수열반응시킨 뒤, 가수분해하여, 상기 여액으로부터 철성분과 나머지 불순물들을 침전시켜 실행한다. 침전물을 여과하여 제거하고(도1의 단계 23), 상기 여액을 농축 및 결정화(도 1의 24 단계)한 다음, 최종적으로 여과하여(도 1의 25 단계)하여 니켈화합물을 제조한다.이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.(실시예 1)니켈 침출물의 제조교반기가 달린 4 ㎥ 오토클레이브(Autoclave)에 물 1500ℓ를 투입하고 120rpm의 교반속도로 교반하면서 폐니켈화합물 1,200 Kg을 서서히 가하였다. 상기 용액에 60% 질산용액, 98% 황산용액, 35% 염산용액, 혼산(황산 및 질산의 혼합물) 각각을 하기 표 2 내지 5에 나타난 바와 같이 부피를 달리하여 첨가하였다. 이때, 산화제로 40ℓ의 과산화수소(H2O2)를 가하고, 120 ℃의 반응온도에서 전체압력이 5 Kg/㎠이 되도록 산소가스를 주입하면서 약 3시간 동안 침출반응을 실시하였다. 상기 침출반응은 상기 반응액들의 최종 pH가 3.0 내지 5.0 일 때 종료하였으며, 하기 표 2 내지 5에 사용한 산의 종류, 사용한 부피, 최종 pH에 따른 니켈의 침출율을 표기하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 폐니켈화합물로부터의 니켈화합물의 제조방법은 종래 방법과 달리 폐니켈화합물을 염기성 탄산니켈로 제조한 다음, 상기 염기성 탄산니켈을 산에 용해하고, 농축, 및 결정공정을 거쳐 니켈화합물을 제조하므로, 고품질의 니켈화합물을 저렴한 가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 폐니켈화합물을 이용함으로써 공해를 방지할 수 있다.As described above, in the method for producing a nickel compound from the waste nickel compound of the present invention, unlike the conventional method, the waste nickel compound is prepared from basic nickel carbonate, and then the basic nickel carbonate is dissolved in an acid, concentrated, and crystallized. Since the nickel compound is manufactured through the process, not only the high quality nickel compound can be manufactured at a low price, but also the waste nickel compound can be used to prevent pollution.
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KR20010002412A (en) | 2001-01-15 |
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