KR100722416B1 - 주석 및 주석합금 정제장치 및 그 정제방법 - Google Patents

주석 및 주석합금 정제장치 및 그 정제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주석(Sn) 및 주석합금 정제장치 및 그 정제방법에 관한 것으로, 정제하고자 하는 주석합금을 장입시키는 장입부와, 불순물이 농축된 금속을 배출시키도록 형성된 불순물 배출구(240)와, 정제된 주석합금을 배출시키도록 그 불순물 배출구보다 상측에 형성된 제품 배출구(230)가 형성된 중공 원통체의 스크류 콘베이어와; 그 스크류 콘베이어 상부에 설치되어 물을 분사하는 물분사부와; 그 스크류 콘베이어의 하면에 설치된 가열 히터(340)와; 그 스크류 콘베이어 내부의 용융 금속의 온도를 감지하는 온도 센서(열전대:460)와; 그 온도 센서의 온도 정보를 이용하여 그 물분사부와 그 가열 히터를 동작시켜 그 스크류 콘베이어의 내부의 주석합금의 온도를 소정의 범위로 제어하는 온도 조절기판넬(400)로 구성되어, 그 스크류 콘베이어 내부에서 상기 주석합금의 용해 및 응고 작용을 반복시키는 재결정(Fractional crystallization) 작업을 수행하여 Sn-Pb 공결정합금(共結晶合金:Eutectic alloy) 상태로 불순물인 연을 상기 불순물 배출구로 배출시켜서 연(Pb)을 제거하는 주석 및 주석합금 정제장치를 제공한다.
연, 정제장치, 주석, 주석합금, 분별 결정, 공결정, 불순물 금속(Tail)

Description

주석 및 주석합금 정제장치 및 그 정제방법{CRYSTALLIZER OF TIN AND TIN ALLOYS AND METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스크류 콘베이어형 정제장치의 구성을 표시한 조립도
도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도
도 3은 도 1의 스크류 콘베이어의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 가열 히터의 사시도
도 5는 도 1의 가열 히터를 제어하는 제어부의 구성을 도시한 개략도
도 6은 도 1의 물분사부의 전기적 결선을 표시한 단면 확대도
도 7은 주석합금의 불순물 정제방법을 설명하기 위한 설명도
도 8은 도 1에 따른 장치를 이용하여 불순물 제거 공정을 표시한 공정도
도 9는 Sn-Pb의 합금 상태도
도 10은 Sn-Ag의 합금 상태도
도 11 및 도 12는 Sn-Ag-Cu의 합금 상태도
도 13은 Pb-Sb의 합금 상태도
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 트러스형 틀 200:스크류 콘베이어
201: 단열재 202: 플랜지(결합부)
204: 상반부 중공원통체 205: 하반부 중공원통체
206: 중공원통체 210: 나선형스크류(spiral screw)
220: 장입부(feed) 230: 제품배출구(product discharge)
240: 불순물배출구(tail discharge) 241: 불순물 배출 밸브(valve)
250: 캐틀(kettle) 260: 래들(ladle)
300: 가열 히터 제어판 310: 계기판
320: 전압조절기(SCR unit) 330: 온도조절기
331: 열전대 332: 온도보상선
340: 가열 히터(heater) 341: 단열재(단열부)
342: 가열 히터 단자 400: 온도 조절기판넬
410: 온도조절기 420: 마그넷드 스윗치
430: 솔레노이드 밸브 431: 압축공기 파이프
432: 수도관 433: 고무호스
440: 물 분사부 441: 물 분사기
450: 물 분사대 451: 이동거리
460: 열전대(온도 센서) 500: 전동 모터
600: 감속기(line power) 610: 스푸로켓
611: 체인(chain)
기술 분야
본 발명은 분별 결정(Fractional crystallization) 혹은 재결정의 원리에 의해, 주석 및 주석합금의 불순물인 연(Pb)을 제거하기 위한 정제장치 및 그 정제방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용융상태의 주석 및 그 합금을 연속적으로 응고(냉각)와 용해(가열)작용을 반복시켜, 냉각 시 응고(결정)된 금속은 순수한 금속 또는 공결정합금(共結晶合金; eutectic alloy)으로 형성하고, 그 결정금속을 서서히 정제장치의 상부로 이송시키면서, 용해와 응고(재결정)를 반복시켜 결정금속의 순도를 높이고, 연(Pb)이 농축된 불순물 금속합금(tail)을 하단의 불순물 배출구로 제거하는 정제장치와 그 정제방법에 관한 것이다.
종래의 기술
주석합금에 함유된 연을 제거하는 종래 방법으로서, ① Extractive metallurgy of tin second edition(1982)의 232쪽에 기재된 염소화법과, ② 동 문헌의 239쪽의 진공 증발법과, ③ 중국특허공개공보 제85 1 07356 A호에 개시된 결정 용석법이 있다.
상기 ① 에 기재된 종래 기술로서, 염소화법은, 조주석(crude tin metal)중의 연(Pb)를 정제하는 화학 반응으로서, 이상조건(ideal condition)하에서, SnCl2 + Pb ↔ Sn + PbCl2 반응이 가역적이며, 이 반응식의 열역학적 표준인 자유 에너지 (free energy)의 변화를, Davey씨와 Happ씨가 각각 조사한 결과에 따르면, 조금속 중의 연(Pb)을 0.5%으로부터 0.05%가 되도록 정제할 때, Pb 1kg당 SnCl2-2H2O가 70 kg 필요하다. 따라서, 조금속 1 ton에서 연(Pb)를 4.5kg[Pb 0.5%(5kg)-0.05%(0.5kg)=4.5kg]제거해야 하므로, SnCl2-2H2O를 315Kg(70kg x 4.5=315kg)사용해야 한다. 또한, 반응 완료 후의 SnCl2-PbCl2 드로스(dross)중의 Pb/Sn금속 비율은 Pb/Sn=0.07(상기 문헌의 344쪽)이므로, 이를 백분율(%)로 환산하면 Pb%=(7/107)*100=6.54%이고, Sn%는 93.46%가 된다, 즉 연(Pb) 6.54Kg를 제거하는데 주석(Sn) 93.46Kg가 소모된다.
한편, 위 공정에서, 염소 가스(Cl2 gas)를 사용하더라도 반응은 동일하다.
여기서, 염소 가스(Cl2 gas) 1Kg는 SnCl2-2H2O 3.18Kg에 해당한다.
염소화법의 작업방법을 구체적으로 살펴보면, 캐틀(kettle)내의 금속을 교반기로 교반하면서, 캐틀의 온도를 240℃-250℃로 하여 시약 투입 시, 수분 때문에 튀지 않도록 주의하면서, 서서히 SnCl2-2H2O 60-120Kg를 한 배치(batch)로 투입하고, 시약 투입이 완료되면, 온도를 250℃-260℃로 올려, 약 1시간 정도 교반시킨 후에, 상기 화학반응이 평형상태에 이르면. 드로스(dross)를 걷어낸다.
그러나, 이와 같은 종래 사용한 염화(chlorination)법은, 고가의 SnCl2-H2O 또는 위험한 염소 가스(Cl2 gas)를 사용해야 하므로 작업이 위험하고, 처리 원가가 매우 높으며, 드로스(Dross:SnCl2-PbCl2)의 처리가 매우 복잡할 뿐만 아니라, 공해를 유발하며, SnCl2-2H2O제조나 dross(SnCl2-PbCl2)의 처리는 독극물에 속하므로 작업이 위험하고, 독극물 취급허가와 공해방지 시설이 필요한 문제점을 가지고 있었다. 특히, 드로스(dross)중의 주석(Sn)과 연(Pb)금속 함량비는 Sn 93.46% : Pb 6.54%이므로, 연(Pb)제거율이 낮은 등의 문제점을 가지고 있었다.
또, 상기 ②에 기재된 종래 기술은 진공 증발법(Vacuum evaporation)으로, 일일 16톤 처리하는 진공증발법의 설비의 작업 온도는 1,250℃이고, 진공도는 0.01mmHg 상태에서 연 등의 불순물을 증류하는 방법으로서, 고가의 고주파 유도로와 고진공시설을 필요로 할 뿐만 아니라, 금속처리 톤당 전력소모는 600KwH/ton으로 전력 소모량이 너무 큰 문제점을 가지고 있었다.
또, 상기 ③에 기재된 종래 기술로서, 중국 공개특허공보 CN 85 1 07536 A호에 기재된 발명은, 내조(內槽)와 외조(外槽)로 형성되어, 상부가 개방된 U자형 강제(鋼製)로 형성된 통(槽)과, 그 강제 통 내부에, 나선편 3개를 각각 86.5도의 각도로 그 회전축에 용접하여 3방향으로 돌출되어 회전 가능하게 설치된 회전축과, 상기 강제 통 하부에 설치된 가열용전열기(加熱用電熱器)로 구성되어 있다.
상기 공보의 권리 요구서 1에 기재된 바와 같이, 융점이 183℃인 저융점 Sn-Pb 공결정 합금을 융점이 231.9℃인 주석(Sn) 금속결정으로부터 짜내어 분리하는 결정-용석(Crystallo-liquation)법에 의하여 정제된 주석 금속을 얻을 수 있다.
즉, 조주석(Sn)의 불순물인 연(Pb, Bi)은 주석과 그 비율이 각각 38.1%, 61.9%인 Sn-Pb공결정(共結晶)으로 되려는 성질을 이용하여, 연(Pb)을 다량으로 함유한 Sn-Pb공결정(共結晶)은 융점이 183℃로서 주석(Sn) 금속 결정의 융점인 231.9℃에 비하여 낮다. 따라서, 중국 공개특허공보 CN 85 1 0736 A호에 기재된 장치에 의하여 주석합금을 정제하는 것는, 정제하고자 하는 주석합금을 강제 통에 넣은 후, 232℃와 186℃ 사이로 강제 통의 온도를 적절히 유지한 상태에서, 부채꼴 나선편이 부착된 회전축을 회전시키면, 저융점의 Sn-Pb합금은 액상이 되어 흘러 내려져 U자형 통 하단부에 있는 배출구로 배출시키고, 고융점의 주석(Sn)금속결정은 밀어올려져 정제된 주석금속은 상단부에 있는 정석(精) 배출구로 배출시키는 것에 의하여 이루어진다.
그러나, 상기 정제방법은, 정제 작업을 행하는 공정 온도가 232℃와 186℃ 사이로 중국 공개특허공보 CN 85 1 0736 A호에 기재되어 있으나, 정밀한 온도 조절장치가 구성 요소에 포함되어 있지 않으므로, 정확한 온도 조절을 요하는 정제작업이 불가능하여, 정도가 높은 정제 작업을 행하는 데 한계가 있었다. 즉, 상기 방법은, 조석(粗錫)중의 연(Pb)를 제거하는데 있어서, 고대로부터 주석 정제에 사용한 방법인 결정-용석법[crystallo-liquation: 結晶-熔析]을 사용한 것으로, 주석금속 보다 용융점이 약간 높은 불순물, 합금 또는 화합물을 경사진 소형 반사로(反射爐)에 장입하여, 가열 온도를 약 232℃- 250℃로 유지하여 주석금속을 흘러나오도록 하는 작업을 의미한다. 참고로, 위 문헌의 초록에는 다음과 같이 기재되어 있다. “The object of liquating, or sweating, is to remove those impurities, alloys and compounds that have melting points appreciably higher than that of tin. It is carried out in a small, sloping hearth reverberatory furnace, with the slope of the hearth towards the tap-hole.”
상술한 중국 공개특허공보 CN 85 1 07356 A호에 기재된 장치는, 상부가 개방된 U자형 강제(鋼製)통(槽)과 나선편이 설치된 회전축으로 구성되어 있어서, 정확한 온도 조절을 위한 온도제어장치와 냉각 장치가 없어, 용융과 응고(결정)을 반복시는 재결정법을 수행할 수 없으므로 연(Pb)의 제거율이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 주석금속 또는 주석합금 중의 연(Pb)를 ASTM Grade A(ASTM B 339-72 Classification of pig tin) 규격인 0.05%이하로 제거할 수 있는 주석 및 주석합금의 불순물 정제장치 및 그 제거 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 주석합금 정제장치는, 정제하고자 하는 주석이나 주석합금을 장입시키는 장입부(220)와, 그 하부에 불순물인 연이 농축된 Sn-Pb 공결정상태의 저융점 용융금속(불순물: Tail)을 배출시키도록 뚫여 형성된 불순물 배출구(240)와, 그 불순물 배출구(240)의 상부에 뚫여 형성되어, 보다 용융점이 높은 정제된 주석금속(Sn)이나 주석 공결정합금(Sn-Ag, Sn-Ag-Cu)을 배출시키는 제품 배출구(230)를 포함하여, 트러스 형틀(100)에 경사지게 놓여진 스크류 콘베이어(200)와; 그 스크류 콘베이어(200)의 상부에 소정거리 떨어져서 설치되어 물을 분사하는 물분사부(440)와; 상기 스크류 콘 베이어(200)의 하부에 장착되어 가열 용해작용을 하는 가열 히터(340)와; 상기 스크류 콘베이어(200)의 측면에 끼워져서 내부의 용융 금속의 온도를 감지하는 온도 센서(460:열전대)와; 그 온도 센서로부터 감지된 온도 정보에 의해 물을 분사하는 상기 물분사부(440)와 상기 가열 히터(340)를 동작시켜 상기 스크류 콘베이어(200)의 내부의 용융금속을 냉각 응고(결정)와 용해시키기 위해 소정의 온도 범위로 제어하는 온도 조절기판넬을; 포함하여, 상기 스크류 콘베이어 내부에서 주석 금속이나 주석합금(정제하고자 하는 금속)을 가열 용해와 냉각 응고 작용을 반복시키는 재결정 과정을 수행함으로써, 보다 높은 용융점의 순수한 주석금속(231.9℃)이나 또는 주석 공결정합금(Sn-Ag: 221℃, Sn-Ag-Cu: 216℃)과 불순물인 연이 농축된 Sn-Pb공결정(183℃)상태의 보다 낮은 저융점 용융금속(불순물: Tail)을 형성시켜, 순수한 주석합금은 제품 배출구에서 고순도의 결정상태의 제품으로 생산하고, 불순물 주석합금은 용융상태로 불순물 배출구에서 배출시킴으로써, 연을 제거하는 주석합금 정제장치를 제공한다.
또, 상기 스크류 콘베이어(200)는 그 스크류 콘베이어의 나선형 스크류(210)가 전동 모터(500)에 감속기(600)를 개재해서, 스프로켓(610) 및 체인(611)에 의해 회전 가능하게 설치되어, 1분에 0.1 내지 10회전의 속도로 회전되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중, 순수한 주석합금이나 또는 주석 공결정합금(Sn: 231.9℃, Sn-Ag: 221℃, Sn-Ag-Cu: 216℃)을 간단히 "순수한 주석합금"이라고 하고 불순물인 연이 농축된 Sn-Pb공결정 상태의 금속을 불순물 주석합금(불순물: Tail)이라고 한다.
즉, 순수한 주석합금(Sn: 231.9℃, Sn-Ag: 221℃, Sn-Ag-Cu: 216℃)의 융점과 연이 농축된 불순물 주석합금(Sn-Pb: 183℃)과의 융점 차이를 이용하여, 순수한 주석합금(Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu)을 반복 결정시킴으로써 순도를 높이는 정제장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 순수한 주석 및 주석 공결정 합금(Sn:231.9℃, Sn-Ag:221℃, Sn-Ag-Cu: 216℃)의 융점이 연이 농축된 불순물 주석 공결정 합금(Sn-Pb:183℃)의 융점보다 높다. 따라서 순수한 주석이나 주석 공결정합금의 융점과 불순물 주석합금의 융점보다 높은 온도로 스크류 콘베이어의 내부 하반부(205)의 온도를 융점 이상으로 일정하게 유지시키고, 순수한 주석 공결정합금은 결정으로 되고, 연이 농축된 불순물 주석합금은 용융상태로 하측에 흐르게 하여 불순물 배출구로 제거하도록 스크류 콘베이어 내부 상반부(204)의 온도를 설정한다. 보다 구체적으로는, 스크류 콘베이어의 내부 상반부(204)의 온도는, 스크류 콘베이어의 진행되는 길이 방향을 따라 점차 높아져서 최상측에서는 순수한 주석합금의 융점에 근접하는 온도 구배를 갖도록 제어된다. 이와 같이, 스크류 콘베이어 내부에서 재결정 과정이 진행됨에 따라 보다 정제된 순수한 주석합금을 얻을 수 있게 된다.
이 때, 상기 주석합금은 Sn-Pb계, Sn_Ag계 및 Sn-Ag-Cu계를 포함한다. 상기 장치를 이용하여 주석합금을 정제하는 공정을 살펴보면, 다음과 같다.
(1) 순수한 주석금속(Sn 100%)과 주석 공결정 합금(eutectic alloy)은 단일 온도의 용융점을 갖는다. 즉, 순수한 주석금속(Sn 100%)의 융점은 231.9℃이고, Sn-Pb공결정합금의 융점은 183℃이며, 이 때의 성분은 Sn61.9%, Pb38.1%이다. 따라 서, Sn-Pb합금의 융점은 단일 온도가 아니라, Sn/Pb합금 비율에 따라 183-231.9℃의 온도 범위를 갖는다.
(2) 한편, 조석(crude tin metal)중의 연(Pb)함량은 통상 0.5% 미만이다. 따라서, 불순물로 함유된 연(Pb)의 함량을 감소(제거)시키기 위해서는, 조석(crude tin)중의 연(Pb)을 융점이 183℃인 Sn-Pb공결정 합금(Sn 61.9%, Pb 38.1%)으로 형성시켜 제거하면, 연(Pb)을 매우 적게 함유한 융점이 231.9℃인 주석 금속은 부분적으로 응고하여 결정(fractonal crystallization)이 된다. 이와 같은 과정을 반복시키는 재결정을 통해, 정제된 주석금속(refined tin)을 저렴하고 공해없이 연(Pb)을 제거 할 수 있다. 즉, 불순물인 연(Pb)은 Sn-Pb공결정(융점: 183℃)상태로 분리되는 것이다.
(3) 불순물인 연(Pb)은 Sn-Pb공결정 합금에 포함되어 제거되는데, 이론적인 최대의 연(Pb)의 함량은 38.1%이지만, 실제 작업에서는 약 32% 내지 34%까지 농축이 가능하다.
(4) 분별 결정법(Fractional crystallization)으로, 주석 및 주석합금중의 불순물인 연(Pb)를 제거하는데 있어서 가장 중요한 점은 재결정을 반복하여 순도를 높이기 위하여 온도 제어를 정교하게 해야 한다. 예컨대, 주석조 금속인 경우에는 183℃-231.9℃ 온도 범위 내에서, 임의(任意)의 온도구간(예를 들어, 230℃-231.9℃의 온도 범위)을 임의로 정교하게 제어 할 수 있어야 한다.
같은 방법으로, 본 발명에 따른 주석합금 정제장치를 이용하여, 다음 원리에 의하여 Sn-Ag합금의 연(Pb)을 제거할 수 있다.
(a) 순수한 주석 공결정 합금(eutectic alloy)은 단일 온도의 용융점을 갖는다. 즉, 순수한 Sn-Ag공결정합금(Sn 96.5%, Ag 3.5%)의 융점은 221℃이고, Sn-Pb공결정합금의 융점은 183℃이며, 그 성분은 Sn 61.9%, Pb 38.1%이다. 마찬가지로, Sn-Pb합금의 융점은 단일 온도가 아니라, Sn/Pb합금 비율에 따라 183-231.9℃의 온도 범위를 갖는다.
(b) 일반적으로 Sn-Ag합금(Sn 96.5%, Ag 3.5%)중의 연(Pb)함량은 통상 1% 미만이다. 전술한 바와 같이, Sn-Ag합금계중의 불순물인 연(Pb)를 이용하여, 용융점이 183℃인 Sn-Pb공결정합금(Sn 61.9%, Pb 38.1%)으로 형성시키면, 용융점이 221℃인 Sn-Ag공결정합금(Sn 96.5%, Ag 3.5%)은 부분적으로 응고하여 결정(fractonal crystallization)되므로, 재결정 공정을 거치면서, 정제된 Sn-Ag공결정합금(Sn 96.5%, Ag 3.5%)을 생산하게 되므로, 염가로 공해 없이 연(Pb)를 제거 할 수 있다. 따라서, 불순물인 연(Pb)는 Sn-Pb공결정(융점이 183℃)상태로 분리된다.
(c) 불순물인 연(Pb)은 Sn-Pb공결정합금의 성분인 38.1%이지만, 통상 작업 에서 연(Pb)를 약 32% 내지 34%까지 농축이 가능하다.
(d) 본 발명의 정제장치를 이용하여, 상기 (b)에서 기술한 바와 같이, 분별 결정법으로, 주석 및 주석합금중의 불순물인 연(Pb)를 제거하는데 가장 중요한 점은 183℃ ~221℃ 온도 범위내에서 정확한 온도을 제어 할 수 있어 한다.
이와 같은 이론에 근거하여, 주석합금(tin alloys)중의 연(Pb)을 공결정 시켜 제거할 수 있는 주석합금들은 Sn-Pb계, Sn-Ag계, Sn-Ag-Cu계 등이고, 그 조성과 정제작업 조건은 다음 표 1에 표시하였으며, 보다 상세한 작업 조건은 표 2 내 지 표 5에 표시된 바와 같다.
즉, 전술한 이론과 방법을 이용하여, 주석 및 주석합금 뿐만 아니라, 다음의 표 5와 실시예 6에 표시된 바와 같이, 연(Pb)과 안티모니합금(Pb-Sb alloy)중의 안티모니(Sb)금속를 제거 할 수도 있다.
금속 및 합금계 공결정온도℃ 액상선℃ 고상선℃ 성분
Sn 231.9 231.9 231.9 Sn 100%
Sn-Pb 183 183 183 Sn 61.9%, Pb38.1%
Sn-Ag 221 221 221 Sn 96.5%, Ag 3.5%
Sn-Ag-Cu 216 216 216 Sn 95.4%, Ag 3.75%, Cu 0.85%
Sn-Bi 138 138 138 Sn 43%, Bi 57%
Pb-Sb 252 252 252 Pb 88.9%, Sb 11.1%
조석 중의 Pb 제거 작업의 요약표
형태 금속형태 조성성분 융점 ℃ 이론치 온도제어범위 실조업 온도제어범위 생산품의 연(Pb)함량
기준값 순금속 Sn Sn 100% 231.9 231.9℃와 183℃의 사이 231.9℃와 185℃의 사이
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 183
실조업 순금속 Sn Pb 0.5% 약231 231.9℃와 185℃의 사이 231.9℃와 183℃의 사이 Sn금속중Pb0.05%이하
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 185 Pb가농축된Sn-Pb합금형태로 Pb함량 32-34%
Sn-Ag 합금 중의 Pb 제거 작업의 요약표
형태 금속형태 조성성분 융점 ℃ 이론치 온도제어범위 실조업 온도제어범위 생산품의 연(Pb)함량
기준값 공결정합금 Sn-Ag Sn 96.5% Ag 3.5% 221 221℃와 183℃의 사이 221℃와 185℃의 사이
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 183
실조업 공결정합금 Sn-Ag Ag 3% 이상 221이상 221℃와 183℃의 사이 221℃와 185℃의 사이 Sn금속중Pb0.05%이하
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 183 Pb가농축된Sn-Pb합금형태로 Pb함량 32-34%
Sn-Ag-Cu 합금 중의 Pb 제거 작업의 요약표
형태 금속형태 조성성분 융점 ℃ 이론치 온도제어범위 실조업 온도제어범위 생산품의 연(Pb)함량
기준값 공결정합금 Sn-Ag-Cu Sn 95.4% Ag 3.75% Cu 0.85% 216 216℃와 183℃의 사이 216℃와 185℃의 사이
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 183
실조업 공결정합금 Sn-Ag-Cu Sn 95.4%이하 Ag 3.75%이상 Cu 0.85%이상 221이상 216℃와 183℃의 사이 216℃와 185℃의 사이 Sn금속중Pb0.05%이하
공결정합금 Sn-Pb Sn 61.9% Pb 38.1% 183 Pb가농축된Sn-Pb합금형태로 Pb함량 32-34%
Pb-Sb 합금 중의 Pb 제거 작업의 요약표
형태 금속형태 조성성분 융점 ℃ 이론치 온도제어범위 실조업 온도제어범위 생산품
기준값 순금속 Pb Pb 100% 327.3 327.3℃와 252℃의 사이 327.3℃와 252℃의 사이
공결정합금 Sb Pb 88.9% Sb 11.1% 252
실조업 합금 Pb-Sb Sb 1.24% Pb 98.76%이하 약318이상 327.3℃와 252℃의 사이 327.3℃와 252℃의 사이 제품중 중Sb 0.4%이하
공결정합금 Pb-Sb Sb 11.1% Pb 88.9% 252 Sb가농축된Pb-Sb합금형태로 Sb함량 8%
본 발명은, 캐틀(250)에서 조주석 혹은 주석합금을 용해하여 약 250℃로 유지하는 단계와; 가열 히터로 스크류 콘베이어를 250℃ 내지 280℃ 로 예열하는 단계와; 예열된 상기 스크류 콘베이어(200)가 장입부(220)에 상기 캐틀 내의 용해된 조주석 혹은 주석합금을 상기 스크류 콘베이어에 주입하는 단계와; 상기 스크류 콘베이어(200)의 작업 온도를 설정 제어하고, 상기 나선형 스크류를 서서히 회전시키면서 물분사부(440)로 물을 분사시켜, 스크류 콘베이어(200) 내부 금속을 부분 응고시키고, 그 응고된 금속은 스크류 콘베이어 상부로 이송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석합금의 정제방법을 제공한다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
즉, 도 1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주석합금 정제장치는, 골재로 조립된 트러스형틀(100)과, 그 트러스형틀(100)에 경사지게 설치된 스크류 콘베이어(200)와, 스크류 콘베이어(200)의 상반부(204)에 소정거리 떨어져 설치되어 물을 분사하고 스크류 콘베이어(200)를 따라 왕복 이동가능하게 형성된 물분사부(440)와, 상기 스크류 콘베이어(200) 중공원통체 하반부(205)에 장착된 가열 히터(340)와, 스크류 콘베이어(200) 내부의 조석(crude tin metal: Sn)을 서서히 상부로 운반하도록 감속기(600)를 개재하여 구동하는 전동 모터(500)를 포함하여 구성된다.
상기 스크류 콘베이어(200)는, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 단면이 반원 모양의 상반부 중공원통체(204)와, 상반부 중공 원통체(204)의 결합부(202)와 마주보면서 결합되고 단면이 반원 모양의 하반부 중공원통체(205)와, 상반부 중공원통체(204)와 하반부 중공원통체(205)의 사이에 삽입된 단열재(201)와, 그 중공 원통체(206) 내부에 설치되어 회전 가능하게 나선형으로 형성된 회전형 스크류(210)를 포함하여 구성된다. 단열재(201)가 상반부 중공원통체(204)와 하반부 중공원통체(205)의 사이에 삽입되어 스크류 콘베이어(200) 내의 주석 금속의 용해열의 손실을 방지하게 되어 있다.
여기서, 상반부 중공 원통체(204)에는 별도의 케틀(kettle, 250)에서 정제하고자 하는 조금속을 주입시키는 장입부(220)가 뚫려 형성되고, 하반부 중공원통체(205)의 저면에는 연(Pb)이 농축된 Sn-Pb 합금의 공결정 상태로 용해된 금속을 배출시키는 불순물 배출구(240)가 형성되고, 하반부 중공원통체(205)의 불순물 배출구(240)의 대응되는 상부에는 정제된 주석을 배출시키는 제품 배출구(230)가 뚫려 형성된다. 이 때, 조 주석(Sn) 정제 시 연(Pb)이 농축된 불순물 금속(Tail)의 흐름을 조절할 수 있도록 불순물 배출구(240)에는 밸브(241)가 부착된다.
그리고, 단열재(201)에는 스크류 콘베이어(200) 내부의 주석 금속의 온도를 계측하기 위하여 열전대(460)가 단열재(201)의 길이 방향을 따라 복수개 끼워진다. 이들 열전대(460)의 온도 정보는 온도 제어기로 전송되어, 물분사부(440)의 물 분사량을 자동으로 조절하여, 스크류 콘베이어(200) 내부의 온도를 정제적업 제어범위로 정교하게 유지시킬 수 있도록 한다. 그리고, 가열 히터(340)의 저면에는 단면이 반원 형상의 단열부(341)가 장착되어, 가열 히터(340)의 열손실을 방지하여 가열된 스크류 콘베이어(200)의 중공원통체 하반부(205) 온도를 일정하게 유지한다.
상기 나선형 스크류(210)는 중공원통체(204, 205)내부에 삽입되어, 구동 모터(500)에 연결된 감속기(600)의 스프로켓(610) 및 체인(611)을 개재하여 연결됨으로써, 상기 구동 모터(500)의 구동으로 회전되며, 나선형 스크류(210)에 형성된 날(211, blade)에 의하여 응고된 결정 형태의 금속을 상측으로 이동시킨다. 이 때, 용융 상태의 불순물 금속을 불순물 배출구로 흘려보내기 위하여, 중공원통체(204, 205)와 날(211) 사이에는 일정한 간극(clearance)이 형성되어 있다.
상기 가열 히터(340)는, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 스크류 콘베이어(200)의 하반부 중공원통체(205)에 밀착(密着)된 형태로 복수(複數: 바람직 하게는 18-21개)로 장착되고, 가열 히터(340)는 동주물로 형성된 본체에 전원 단자(342)가 연결되어, 전원을 인가하는 것에 의하여 가열된다. 또 가열 정도를 정교하게 제어하기 위하여, 가열 히터(340)에는 열전대(331)가 부착되어, 온도 조절기(330)에 의하여 적절한 온도 범위를 유지할 수 있도록 제어된다.
또 도2 내지 도5에 도시된 바와 같이, 상기 복수개(18-21개)의 가열히터(340) 및 그들 가열히터중 임의의 2개의 가열 히터에 삽입된 열전대(331)와 가열조절판넬(300)사이에는 전기적으로, 전압조절기(320)와 온도조절기(330) 및 계기판(310)이 각각 연결된다. 상기 전압조절기(320)는 상기 복수개 가열히터(340)에 인가되는 전압레벨을 조정하고, 온도조절기(330)는 열전대(331)를 이용하여 상기 가열히터(340)의 온도를 조정하고, 계기판(310)은 전압조절기(320)의 출력 전압과 전류 및 동작Kw를 시각적으로 표시하여 총체적 작업 관리를 하게 되어 있다.
또한, 상기 스크류콘베어(200)의 장입부(220)전 후의 상부에 각각 물분사부가 설치되고, 그 물분사부(440)는 물분사기(441) 1개에 솔레노이드 밸브(430) 2개가 결합된 3개조를 분사대(450)위에 고정되어 있다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브(430)는 고무호스(433)를 개재하여, 작업장 상부에 설치된 물수도관(432)와, 별도의 공기압축기에서 공급되는 압축공기파이프(431)에 각각 연결되어 있고, 상기 스크류콘베이어(200)의 상부에 소정거리 떨어져서 수평 방향으로 소정 거리(451: 약35 cm) 왕복 이동 하면서 물을 분사를 할 수 있도록 설치된다.
그리고, 상기 각 물분사기(441)와 솔레노이드 밸브(430) 및 마그네트 스위치(420)는 온도 조절기판넬(400)에 형성된 온도조절기(410-415: 열전대(460)와 동일한 수)의 추력측에 각각 연결되고, 상기 스크류콘베어(200)내의 주석금속 온도를 측정하는 6개의 열전대(460)가 각 온도조절기(410-415)의 입력측에 각각 연결된다.
따라서, 작업자가 온도 조절기판넬(400)에 있는 각 온도조절기(410-415)에 물분사 제어온도 범위을 설정하여 입력시키면, 그 온도조절기(410-415)에 의해, 상기 솔레노이드 밸브(430)가 개폐되어, 물분사부(440)의 물 분사를 자동적으로 작동시켜, 스크류콘베어(200)내의 조석(Sn)의 용융온도을 제어하여, 상술한 바와 같이 재결정을 수행하면서 불순물 제거작업이 이루어지게 된다.
본 발명의 정제 방법
이와 같이 구성된, 본 발명의 주석합금중의 불순물제거 장치를 사용하여, 주석(Sn)조금속을 정제하는 작업방법은 다음과 같다. 즉 도7에 도시된 바와 같이, 별도의 캐틀(kettle:250)에서 주석 조금속을 용해하여 250℃로 유지한다. 그후, 스크류콘베이어(200)의 가열히터(340)로 스크류 콘베이어(200)를 250-280℃로 예열한다.그리고, 스텐레스 바가지로 캐틀(250: kettle )의 용융금속을 퍼서, 장입부(220)에 주입하여 스크류콘베어(200)를 채운후, 금속의 용융상태를 확인한다. 그리고나서, 온도 조절기판넬(Temperature control panel:도6의 400)에 있는 각 온도조절기(410-415)의 온도를 조업 초기에는 232℃로 설정한다. 그리고나서, 스크류 콘베이어(200)의 구동모터( 500)를 가동시켜 나선형스크류(210)를 서서히 회전 시키면서, 물 분사부(440)를 가동시켜 물을 분사(냉각)시킨다. 그리고, 상기 온도 조절기판넬(400)의 온도조절기(410-415)에 작업 온도를 설정한다.
예를 들면, 주석금속일 경우 최 상단 온도조절기(410)는 232℃, 최 하단 온도조절기(415)는 185℃을 기준으로 하여, 각 온도 구배를 정하고, 서서히 1℃씩 낮추어 표 2의 실조업 온도제어 범위를 유지하여 작업을 계속 한다. 이 때, 제어온도의 기준은 실험에 의하여 얻어진 다음의 수학식 1(empirical equation)으로 계산할 수 있다.
Tx℃ = 81.5^(logx-1) + 150.4
이 때, 합금중의 주석 함량 61.9% 내지 100% 범위 내에서 적용된다.
상기 수학식 1중 x는 주석함량%이고, 주석 100%, 90%와 61.9% 일 때 다음과 같이 계산 된다.
T100℃ =81.5( log100 -1) + 150.4 =231.9℃이다.
T90℃=81.5( log90 -1)+150.4=81.5(1.95424-1)+150.4=217.13℃이고
T61 .9℃ =81.5( log61 .9-1)+150.4=81.50.79169+150.4=183℃ 가 된다.
이와 같이 작업에 필요한 온도 조절범위는 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
그 다음, 물분사부(440)로 물을 분사하여 스크류 콘베이어(200) 내부의 금속을 부분 응고(결정: fractional crystallization)시키고, 나선형스크류(210)를 서서히 회전시켜, 응고된 금속(결정)을 스크류콘베이어(200)의 상부로 조금씩 이송하면서, 스크류 콘베이어(200)의 하반부(205)에 설치된, 가열 히터장치(340)로 Sn-Pb합금상태도(도9 참조)에 표시된 액상선(liquidus line)을 따라 응고된 금속(결정)을 용해시키고, 다시 스크류 콘베이어(200)의 상반부(204) 표면에 물분사부(440)로 금속을 응고(재결정)시킨다. 이 과정에서, 냉각 시 응고된 금속은 순수한 금속이거나 혹은 합금일 경우에는 공결정합금(eutectic alloy)을 형성하게 된다. 이와 같이 금속의 응고와 용해 작업을 무수히 반복시키는 재결정 과정을 거치면서 정제작업이 진행된다.
정상적인 작업에서, 정제된 제품(product)은 스크류콘베어(200) 상단부에 있는 제품 배출구(230)로 배출되고, 불순물이 농축된 금속(Tail)은 하단부의 불순물 배출구(240)에 있는 밸브(241:valve)를 조절함으로써 제품의 1/8 - 1/15 정도씩 배출 시킨다. 상기 불순물 금속(tail)의 배출량은 각 실시 예에 표시된 바와 같이, 작업 시, material balance로 계산 된다.
불순물 금속(tail)량의 계산치는 다음 기술하는 각 실시 예와 도 8의 불순물제거 공정표시도에 도시되어 있다.
불순물 금속(Tail)중의 Pb함량이 10%전후인 경우에는, 도 8의 불순물제거 공정표시도에 표시된 바와 같이 순환시켜, 반복 처리하여 제품의 회수율을 높인다.
작업종료 시에는 물분사부(440)와 나선형 스크류(210)의 가동을 중지 시키고, 가열히터(340)만 가동시켜 스크류콘베이어(200) 내에 남아 있는 금속을 완전히 용해시킨 후, 불순물 금속 배출구(240)에 있는 밸브(241:valve)를 열어 금속을 레들(260:Ladle)에 받아내고, 가열 히터(340)를 끔(off)으로서 작업을 종료한다.
상기 정제작업은 연속적인 원료 장입과 제품생산을 하는, 소위 연속 작업공정(continuous flow process)이다. 그리고, 도 1, 도3, 도6, 도7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 작업중에, 스크류 콘베이어 단열재(201)에 끼워진 총 6개 열전대(460)가 도 6의 온도 조절기판넬(400)의 온도조절기(410-415)에 의해, 처리 특성에 적합하게 미리 설정된 상기 표 2 내지 표 5 내용에 의한 계산된 수치에 따라, 자동으로 온도을 조절하게 된다
상기 주석합금의 불순물 제거장치(Screw conveyor type fractional crystallizer)와 상술한 정제방법으로, 본 발명자는 조석( crude tin metal)중의 연(Pb)을 제거하기 위해, 수백 톤(ton) 가량을 처리한 결과, 상기 정제장치의 1일 처리 능력은 약 5톤이었고, 전력 소모는 처리금속 톤(ton)당 평균 91.6 KWH 였으며, 그 실 조업 중의 일부를 실시예로 표시하면 다음과 같다.
실시 예1
본 발명의 스크류콘베어형 정제장치를 사용하여, 정제방법에 기술한 방법으로, 주석 조금속(Sn)중의 불순물인 연(Pb)을 ASTM Grade A(ASTM B 339-72 Classification of Pig Tin)규격인 연(Pb)의 함량을 0.05%이하로 제거하기 위한 작업조건(표 2)중의 실 조업 제어온도 범위를 230℃ 내지 232℃로 조정하여 정제작업을 한 결과는 다음과 같다.
장입물은 주석조금속(crude tin metal)으로, 연(Pb)함량이 0.055%인 주석조금속을 상기 정제장치의 장입부(220)에 250℃의 용융상태로 주입하여, 상기 정제작업 조건으로 정제작업을 행하였다. 이 때, 표 2의 실 조업 제어온도 185℃ 내지 232℃를 230℃ 내지 231℃로 조정(변경)한 이유는 정제하고 자 한 주석조금속의 연(Pb)함량이 너무 낮아서, 작업온도 구배를 185℃-232℃로 하여 정제작업을 할 경우, 스크류 콘베이어(200)내부에 있는 반 용융상태의 금속이 응고하여 정제작업이 불가능하게 되기 때문이다.
이를 통해, 상기 정제장치의 제품 배출구(230)에서 배출된 정제된 주석금속(Sn)중의 연(Pb)함량은 0.017%로 ASTM Grade A규격 0.05%보다 낮다. 그리고, 상기 정제장치의 불순물 배출구(240)에서 배출된 불순물합금(Sn-Pb alloy)중의 연(Pb)함량은 1.19%였다. 상기 불순물합금은 도 8의 불순물 제거 공정표시도에 표시한 바와 같이 순환 처리된다.
이를 표로 정리하면 다음과 같다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Sn % Pb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 0.055 0.028 231.81 1,000 0.550
제품 (product) 주성분 0.017 0.02 231.87 967.6 0.164
불순물 (tail) 주성분 1.19 0.19 230.06 32.4 0.386
계 1,000 계 0.550
실시예 2
마찬가지로 또 다른 실시예의 정제 작업을 통한 결과를 표로 정리하면 다음과 같다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Sn % Pb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 0.55 0.28 231.05 1,000 5.50
제품 (product) 주성분 0.025 0.023 231.86 853.56 0.21
불순물 (tail) 주성분 3.61 1.00 226.37 146.44 5.29
계 1,000 계 5.50
* 실조업 제어온도 226℃ 내지 232℃
실시예 3
마찬가지로 또 다른 실시예의 정제 작업을 통한 결과를 표로 정리하면 다음과 같다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Sn % Pb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 1.13 0.29 231.05 1,000 11.300
제품 (product) 주성분 0.038 0.061 231.84 913.62 0.347
불순물 (tail) 주성분 12.68 2.99 213.30 86.38 10.953
계 1,000 계 11.30
* 실조업 제어온도 213℃ 내지 232℃
실시예 4
마찬가지로 또 다른 실시예의 정제 작업을 통한 결과를 표로 정리하면 다음과 같다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Sn % Pb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 3.18 0.93 227.02 1,000 31.8
제품 (product) 주성분 0.28 0.19 231.46 738.74 2.068
불순물 (tail) 주성분 11.38 3.03 215.10 261.26 29.732
계 1,000 계 31.80
* 실조업 제어온도 215℃ 내지 232℃
실시예 5
마찬가지로 또 다른 실시예의 정제 작업을 통한 결과를 표로 정리하면 다음과 같다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Sn % Pb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 8.87 2.05 218.64 1,000 88.70
제품 (product) 주성분 0.18 0.18 231.62 652.1 1.17
불순물 (tail) 주성분 25.16 4.97 197.24 347.90 87.53
계 1,000 계 88.70
* 실조업 제어온도 197℃ 내지 232℃
실시예 6
이 조업은 경연(硬鉛:Pb-Sb합금) 중의 안티모니(Sb)를 제거한 작업이다.
원료구분 분석성분 융점℃ material balance
원료명 Pb % Sb % Bi % 수량(kg) Pb함량(Kg)
장입물 (feed) 주성분 1.24 0.013 318.53 1,000 12.40
제품 (product) 주성분 0.40 0.0042 324.13 896.04 3.57
불순물 (tail) 주성분 8.48 0.065 269.26 103.96 8.82
계 1,000 계 12.40
* 실조업 제어온도 270℃ 내지 324℃
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 연(Pb)을 함유한 주석 조금속을 정제하여 ASTM Grade A(ASTM B 339-72 Classification of pig tin) 규격인 Pb 0.05%이하로 정제하여 주석지금을 만들 뿐만 아니라 주석합금인 폐 무연 땜납(Pb free solder)중의 연(Pb)를 제거 하여 폐자원을 재활용 할 수 있는 유리한 효과를 갖는다.
한편, 전자 업계에서 Sn-Pb계(系) 땜납(solder)을 접합 재료로 사용해오던 중, 연(Pb)이 환경오염 물질이어서 규제 대상이 됨에 따라, 친환경 제품인 무연 땜납(Pb free solder)을 개발 또는 수입하여 사용해오고 있다. 따라서, 본 발명은, 이와 같은 친환경 제품인 무연 땜납의 재료를 효과적으로 생산할 수 있게 되어, 공해를 줄이고 수입을 대체하는 효과가 있다.
그리고, 현재 전기전자 페기물지침(Waste Electrical and Electronic Equipment[WEEE] 및 Restriction on Hazardous Substances[RoHS])에 따르면, 무연 땜납의 경우에 연(Pb) 함유량은 1000PPM(0.1%)이하가 되도록 규정하고 있다. 그러나, 땜납 작업(soldering)을 장시간 지속하면 무연 땜납(Pb free solder)중에 연(Pb)와 동(Cu)의 농도가 증가하여 작업을 계속 할 수 없으므로, 그 땜납을 교체할 수 밖에 없는 데, 땜납을 교체하는 중에 폐 땜납(solder)이 발생된다. 이와 같은 폐 땜납을, 본 발명에 따른 장치에 의하여, 은(銀)이 함유된 폐 무연 땜납 중의 불순물인 연(Pb)를 제거함으로써 폐자원을 재사용할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 은(銀)을 함유한 땜납을 재활용함에 따라 원가 절감에 기여할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (14)

  1. 골재로 조립된 트러스 형틀과,
    정제하고자 하는 주석합금을 장입하는 장입부와, 불순물을 함유한 용융 금속을 배출시키도록 형성된 불순물 배출구와, 정제된 주석합금이나 정제된 주석을 배출되도록 상측에 형성된 제품 배출구가 각각 뚫려 형성되고, 중공원통형으로 형성되어, 상기 트러스형틀에 경사지게 설치된 스크류 콘베이어와;
    상기 스크류 콘베이어의 상반부에 소정거리 떨어져 설치되어 그 스크류 콘베이어의 상면에 물을 분사하는 물분사부와;
    상기 스크류 콘베이어 중공 원통체 하면에 장착된 가열 히터와;
    상기 스크류 콘베이어에 끼워져서 그 스크류 콘베이어 내부의 온도를 감지하는 온도 센서와;
    상기 온도 센서로부터 감지된 온도 정보에 의해 상기 물분사부와 상기 가열 히터를 동작시켜 상기 스크류 콘베이어의 내부의 온도를 소정의 온도 범위로 제어하는 온도 조절기판넬을;
    포함하여 구성된 주석합금 정제장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주석합금은 Sn-Pb계, Sn_Ag계 및 Sn-Ag-Cu계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스크류 콘베이어는, 단면반원(斷面半圓) 모양의 상반부 중공원통체(上半部 中空圓筒體)와, 하반부 중공원통체(下半部 中空圓筒體)가 상호 분리 및 조립 가능하게 형성된 중공원통체와;
    그 중공원통체내부에 삽입되어 회전 가능하게 형성된 나선형 스크류와;
    상기 중공원통체밑면에 복수개 장착된 가열 히터와;
    상기 가열 히터에 삽입된 복수개의 열전대를;
    포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상반부 중공원통체와 상기 하반부 중공 원통체 사이에 형성된 단열재를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 온도 센서는, 상기 단열재 내부에 삽입된 열전대인 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 물 분사부는, 상기 스크류 콘베이어의 길이 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 장입부는, 상기 불순물 배출구보다는 소정거리 상측으로 떨어져서 형성되고, 상기 제품 배출구보다는 소정거리 하측으로 떨어져서 형성된 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 가열 히터에 삽입된 열전대를 더 포함하여 구성되어, 가열 온도를 자동조절하는 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 스크류 콘베이어는, 그 스크류 콘베이어의 나선형 스크류가 전동모터에 감속기를 개재해서, 스프로켓 및 체인에 의해 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 스크류 콘베이어는, 1분에 0.1 내지 10회전 하는 것을 특징으로 하는 주석합금 정제장치.
  11. 캐틀(kettle)에서 조주석이나 주석합금을 용해하여 250℃로 유지하는 단계와;
    가열 히터로 스크류 콘베이어를 250℃~280℃로 예열하는 단계와;
    그 예열된 상기 스크류 콘베이어의 장입부에 상기 캐틀내의 용해된 주석합금을 상기 스크류 콘베이어에 주입하는 단계와;
    상기 스크류 콘베이어의 작업온도를 설정 제어하고, 상기 나선형 스크류를 서서히 회전시키면서, 물분사부로 물을 분사시켜, 스크류 콘베이어 내부 금속을 부분 응고시키고, 그 응고된 금속은 스크류 콘베이어 상부로 이송시키는 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 주석합금의 정제방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    은(Ag)을 함유한 주석합금 Sn-Ag계중의 불순물인 연(Pb)을 이용하여, 융점이 183℃인 Sn-Pb공결정계와, 융점이 221℃인 Sn-Ag공결정계가 형성될 수 있도록 조업 제어온도를 185℃-221℃로 설정하여, 불순물인 연(Pb)를 제거하는 주석합금 정제방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    은(Ag)을 함유한 주석합금 Sn-Ag-Cu계중의 불순물인 연(Pb)을 이용하여, 융점이 183℃인 Sn-Pb공결정계와, 융점이 216℃인 Sn-Ag-Cu공결정계가 형성될 수 있도록 조업 제어온도를 185℃-216℃로 설정하여, 재결정법으로 불순물인 연(Pb)를 제거하는 주석합금 정제방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 스크류콤콘베어내의 조주석(Sn)을 정제할때의 임의에 작업제어 기준온도 Tx와, 임의에 온도에 해당하는 주석함량%는 Tx ℃= 81.5( logx -1) + 150.4 (여기서, x는 주석(Sn)의 함량%을 표시하며, Sn함량이 61.9%-100%인 경우 적용됨)에 의하여 정제작업 제어온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 주석합금 정제방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006936B1 (ko) 2008-07-11 2011-01-10 한국생산기술연구원 주석합금에서 납을 제거하는 방법
KR101442134B1 (ko) * 2013-07-25 2014-09-23 한국생산기술연구원 유체의 순환을 위한 스크류를 포함하는 이중유동층 반응기

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4949353B2 (ja) * 2008-11-06 2012-06-06 株式会社タムラ製作所 鉛を除去する方法
KR101274764B1 (ko) * 2011-06-07 2013-06-17 덕산하이메탈(주) 진공정련을 이용하여 저알파 방사선을 방출하는 주석 제조방법
WO2013073695A1 (ja) 2011-11-16 2013-05-23 エム・テクニック株式会社 固体金属合金
WO2013073068A1 (ja) 2011-11-16 2013-05-23 エム・テクニック株式会社 銀銅合金粒子の製造方法
CN109073320A (zh) 2016-02-08 2018-12-21 新南创新私人有限公司 一种处理复合垃圾源的方法、装置和***
KR102176241B1 (ko) * 2020-06-19 2020-11-09 김용훈 준설물 처리 시스템의 모래 세정장치
CN113737016B (zh) * 2021-09-18 2022-11-11 安徽华铂再生资源科技有限公司 一种从锡酸钠溶液压滤固体物中冶炼粗锡的工艺
CN114574714B (zh) * 2022-03-04 2023-05-23 昆明理工大学 一种连续分离二元共晶合金的竖式真空螺旋结晶设备及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900006378B1 (ko) * 1984-05-17 1990-08-30 알루미늄 페치니 회전드럼에서 분별 결정화에 의해 금속을 연속정제하는 방법
JPH05186839A (ja) * 1992-01-10 1993-07-27 Kobe Steel Ltd 黄銅系合金溶湯からのＰｂ除去方法
JPH0610071A (ja) * 1992-01-16 1994-01-18 Riedhammer Gmbh & Co Kg 金属を分離する装置及び方法
JPH06330197A (ja) * 1993-05-17 1994-11-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd スクラップ処理炉

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN85107356A (zh) * 1985-09-26 1986-09-03 云南锡业公司 粗锡精炼除铅、铋的方法及装置
JPH068471B2 (ja) * 1989-02-28 1994-02-02 昭和アルミニウム株式会社 金属の精製方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900006378B1 (ko) * 1984-05-17 1990-08-30 알루미늄 페치니 회전드럼에서 분별 결정화에 의해 금속을 연속정제하는 방법
JPH05186839A (ja) * 1992-01-10 1993-07-27 Kobe Steel Ltd 黄銅系合金溶湯からのＰｂ除去方法
JPH0610071A (ja) * 1992-01-16 1994-01-18 Riedhammer Gmbh & Co Kg 金属を分離する装置及び方法
JPH06330197A (ja) * 1993-05-17 1994-11-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd スクラップ処理炉

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006936B1 (ko) 2008-07-11 2011-01-10 한국생산기술연구원 주석합금에서 납을 제거하는 방법
KR101442134B1 (ko) * 2013-07-25 2014-09-23 한국생산기술연구원 유체의 순환을 위한 스크류를 포함하는 이중유동층 반응기

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