KR100356177B1 - 전기아연도금용 염화칼륨 슬러리 - Google Patents

Abstract

아연 및 아연-니켈등의 전기아연도금공정에 사용되는 염화칼륨 전도보조제 50∼90중량및 물 10∼50중량로된 염화칼륨 전도보조제 슬러리가 제공되며, 이는 장기간 보관시에도 굳지않으며 용이하게 투입하여 사용할 수 있다.

Description

전기아연도금용 염화칼륨 슬러리{POTASIUM CHLORIDE SLUDGE FOR ELECTROPLATING}

본 발명은 아연 및 아연-니켈등의 전기아연도금공정에 사용되는 염화칼륨 전도보조제 슬러리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굳지않고 장기간 보관할 수 있으며 투입하기 용이한 염화칼륨 전도보조제 슬러리에 관한 것이다.

아연 및 아연-니켈도금시 도금액내의 전도성을 개선시키기 위하여 전도보조제로서 염화칼륨이 투여된다. 이때 전도보조제로서 염화칼륨이 갖추어야 할 조건은 도금에 영향을 미치는 불순물 함량이 적어야하며 또한, 염화칼륨의 보관시, 염화칼륨이 굳어지지 않도록 하여 원료투입시의 작업성을 좋게 하는 것이 가장 중요하다.

전도보조제로 사용되는 염화칼륨의 굳음성이란 습도가 높은날 염화칼륨이 수분을 흡수하여 굳어지는 현상을 말한다. 따라서 염화칼륨 보관시 염화칼륨이 굳어지는것을 방지하기 위한 방법으로 염화칼륨결정을 구형화하여 수분의 침투를 막는 물리적 방법이 주고 이용되고 있다.

또한 염화칼륨의 굳음성을 방지하기 위해 화학적으로는 소수성 유기물을 염화칼륨결정에 피복하여 수분흡수를 방지하는 방법이 이용되고 있다.

염화칼륨의 굳음성 방지를 위하여 물리적으로 구형화하는 방법은 수용액에서의 구상결정화 공정을 수반하므로 많은 비용이 수반되어 제조경비가 높아지는 단점이 있다. 또한 유기물을 피복하여 사용하는 방법은 유기물이 피복된 염화칼륨을 전기아연도금원료로 사용하는 경우, 유기물이 불순물로 작용하므로 도금전도보조제와 같이 고순도를 요구하는 분야에서 적용이 불가능한 것이다.

따라서 본 발명자는 유기물이 피복된 염화칼륨을 도금원료인 전도보조제로 사용할 수 있도록 유기물이 피복된 염화칼륨을 적당한 온도에서 열처리하고 이를 도금용액에 용해하여 여과한 후 사용하는 기술을 특허출원(한국 특허출원번호 제99-23986)한 바 있다.

또한 전기아연도금공정에서 발생하는 폐기물을 사용하여 전자재료를 제조하는 공정에 있어서 발생하는 염화칼륨용액을 증발농축하고 결정화하여 염화칼륨을 회수하는 공정을 개발하여 특허출원(한국 특허출원 제 98-56438)한 바 있다. 그러나 이 방법으로 고상의 염화칼륨 결정을 만들어 장기간 보관하기 위해서는 염화칼륨이 굳지않도록 하여야 하므로 유기물처리 또는 구형화 공정을 반드시 수반하여야 한다는 어려움이 있었다.

이에 본 발명의 목적은 굳지않고 사용하기에 편리한 전기아연도금공정용 염화칼륨 전도보조제 슬러리를 제공하는 것이다.

도 1은 염화칼륨의 온도변화에 따른 포화용해도를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 의하면,

염화칼륨 50∼90중량및 물 10∼50중량로된 아연 및 아연-니켈 전기아연도금공정용 염화칼륨 전도보조제 슬러리가 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 염화칼륨과 물을 적절한 비율로 배합하여 염화칼륨을 슬러리화함으로써 아연 및 아연-니켈 전기아연도금공정에 전도보조제로 사용되는 염화칼륨을 굳음성을 방지하는 것이다.

염화칼륨의 굳음성 문제를 근본적으로 해결하는 방법은 염화칼륨을 액상으로 사용하는 것이다. 그러나 염화칼륨이 액상으로 사용되는 경우, 염화칼륨은 상온에서 포화용해도가 그리 높지 않기 때문에 다량의 물이 포함하게 됨으로 도금용액의 전도성 증가에 도움이 되지 않을 뿐만 아니라 도금액의 니켈, 아연등의 금속 이온농도의 저하를 초래한다.

그러나 염화칼륨을 염화칼륨이 다량 함유되어 있는 슬러리상태로 사용하면 전도성 증가효과를 나타낼 뿐만 아니라 슬러리 펌프등을 이용하여 자동이송이 가능하여 도금약품으로 도금액에 투입하기 용이한 장점도 있는 것이다.

본 발명의 염화칼륨 슬러리는 전도보조제로 사용되는 염화칼륨 50∼90중량와 물 10∼50중량로 구성된다.

염화칼륨 슬러리에서, 염화칼륨의 함량이 너무 높아져 90중량이상이 되면 염화칼륨은 잔류하는 물을 흡습하여 KCl·nH₂O(n=0.5)형태의 결정을 형성하며 이를 방치하면 거대한 결정이 되면서 덩어리화되어 굳어진다.

따라서 적절한 염화칼륨의 농도 즉, 슬러리상태로 존재가능한 염화칼륨의 농도는 최대 90중량이다.

또한, 염화칼륨은 물에 용해하기 쉬운 염이지만 온도에 따라 포화용해도가 존재한다. 온도변화에 따른 염화칼륨을 물에 대한 표화용해도를 도 1에 나타내었다. 제 1도에는 염화칼륨의 물에 대한 포화용해도를 물 100g에 완전히 용해되는 염화칼륨의 무게(단위:그램)를 시험분석하여 표시한 포화용해도(■)와 염화칼륨용액내의 염화칼륨의 중량백분율(●)로 표시한 그래프로 나타내었다. 즉, 상온, 약 20℃온도에서 염화칼륨은 25.3중량까지는 이온으로 존재하며 온도가 높아져 80℃에서는 염화칼륨은 33.8중량까지 물에 완전히 용해하여 이온화한다. 그러나 특정 온도에서의 포화용해도 이상의 농도에서는 염화칼륨은 이온과 결정이 같이 존재하는 슬러리로 된다.

염화칼륨이 슬러리상태를 유지하기 위해서는 슬러리중의 염화칼륨의 양이 포화용해도 이상의 염화칼륨 농도가 되어야하며 염화칼륨이 KCl·nH₂O(n=0.5)형태로 결정화되어 굳어지지 않도록 염화칼륨의 농도는 90이하를 유지하여야 한다. 따라서 상온의 경우, 염화칼륨 슬러리를 얻기위한 염화칼륨의 농도는 25.3∼90중량이다.

그러나 또한 염화칼륨을 도금액에 투입하는 목적은 도금액의 전도성을 향상시키기 위한 것으로 슬러리중 염화칼륨의 양이 적으면, 예를들어 염화칼륨의 농도가 50중량이하가 되면 물함량이 50이상이 되어 이를 전도보조제로 사용할 경우 다른 도금이온(Ni, Zn)의 농도를 저하시킬 수 있다.

통상의 전도보조제 투입조건은 도금액 대비 10중량로 투입되며, 따라서 염화칼륨농도가 50중량이하인 염화칼륨 전도보조제가 투입되면 도금액은 5중량이상의 물이 증대되고 이에 따라 Ni, Zn 이온농도는 5중량이상 저하된다.

이와같이, 도금액 관리 기준상 니켈, 아연농도가 5중량이상 변화하면 도금품질에 큰 영향을 줄 수 있으므로 실제에 있어서 염화칼륨의 농도가 50중량이하인 전도보조제는 그 사용에 제한이 따른다.

따라서 염화칼륨 슬러리를 전도보조제로 사용하기 위한 최적 조건은 염화칼륨의 농도를 50-90중량로 유지하는 것이 좋다. 염화칼륨의 농도 50-75중량까지는 점도가 높지않아 슬러리 펌프로 도금용액에 투입할 수 있으며, 염화칼륨 함량이 75-90중량인 염화칼륨 슬러리는 호스 펌프등 기타 다른 슬러리 운반 수단에 의하여 아연 및 아연-니켈 도금공정에 전도보조제로 사용 할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 설명한다.

실시예 1

염화칼륨의 슬러리화 조건을 얻기 위하여 도 1에 나타낸 바와 같이 물 100g이 담긴 비이커에 진탕기에서 강하게 교반하면서 염화칼륨을 완전히 용해시켜 포화용해도(■)와 포화용해 염화칼륨의 중량백분률(●)을 구하였다.

그 결과 도 1과 같은 각 온도별 포화용해도 곡선을 얻었다.

염화칼륨슬러리를 얻기 위해서는 염화칼륨의 농도를 포화용해도 이상의 농도로 유지하여야 하며, 따라서 염화칼륨의 슬러리를 얻기위한 상한선을 구하기 위하여 도1에서 얻어진 염화칼륨 포화용액에 염화칼륨을 추가로 가하여 염화칼륨의 상태를 관찰한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

한편 염화칼륨의 투입농도를 달리한 염화칼륨 슬러리를 여과기로 여과한 후 TGA(열중량 분석기)로 300℃까지 승온시킨 후 조사한 결과를 표 1에 나타내었다.

염화칼륨의 농도에 따른 슬러리화 조건 및 열중량 분석결과

	KCl 농도(중량)	KCl형태	열중량 분석결과	전도보조제적합여부
발명예 1	55	슬러리상(이온+결정)	10.7	○
발명예 2	70	슬러리상(이온+결정)	10.5	○
발명예 3	85	슬러리상(이온+결정)	10.8	○
비교예 1	25	액상(이온)	-	×
비교예 2	40	슬러리상(이온+결정)	10.4	×
비교예 3	90	고상(결정)	10.6	×

염화칼륨 농도가 25중량이하에서는 염화칼륨이 물에 완전히 용해되어 본 발명의 전제조건인 염화칼륨의 슬러리화를 기대할 수 없었다.

또한 염화칼륨농도가 50중량이하가 되면 슬러리상의 염화칼륨을 얻을 수 있으나 전도보조제로 도금약품 투입시 도금액의 농도저하가 문제가 되어 바람직하지 못하다. 염화칼륨의 농도가 50∼90중량인경우, 전도보조제로 적합한 염화칼륨 슬러리가 얻어졌다.

그러나 90이상에서는 염화칼륨이 완전 결정화되면서 수분이 없는 결정상이 되어 굳어져 버린다는 사실을 확인할 수 있었다. 한편 염화칼륨 농도별로 얻어진 염화칼륨 슬러리를 여과하여 열중량 분석한 결과 무게감량이 평균적으로 10.6정도 얻어졌다. 이는 염화칼륨이 KCl·nH₂O(n=0.5)형태로 수분을 함유한 형태로 초기 결정화하기 때문으로 추측된다.

전도보조제로서 염화칼륨이 50-90중량로 함유된 염화칼륨슬러리를 사용함으로써 보관시 염화칼륨의 굳음성이 방지되고 도금액에 용이하게 투입하여 사용할 수 있다.

Claims (1)

1. 염화칼륨 전도보조제 50∼90중량및 물 10∼50중량로된 아연 및 아연-니켈 전기아연도금공정용 염화칼륨 전도보조제 슬러리.