KR960000306B1 - 멤브레인 전해장치 및 그 장치를 이용한 금속이온 제거방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

멤브레인 전해장치 및 그 장치를 이용한 금속이온 제거방법

제1도는 종래의 기술에 따른 멤브레인 전해장치를 도식적으로 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 멤브레인 전해장치를 도식적으로 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 첫번째(아노드)구간 2 : 두번째(캐소드)구간

3 : 전해셀 4 : 아노드

5 : 캐소드 6 : 반투성 멤브레인

본 발명은 멤브레인 전해장치 및 수용액으로부터 금속이온을 제거하기 위한 방법으로서, 특히 폐수용액으로부터 원하지 않는 금속이온을 제거하기 위한 멤브레인 전해장치의 사용방법에 관한 것이다.

금속을 함유한 오염물을 수용액으로부터 제거하기 위한 공지된 멤브레인 전해셀은 적어도 두개의 구간, 즉 아노드, 캐소드가 있으며 두 구간 사이에 위치하는 반투성 멤브레인으로 되어 있으며 여기서 두개의 구간 중 첫번째 구간에는 아노드로 구비되어 있으며 두번째 구간은 캐소드로 구비되어 있으며 두번째 구간은 수용액을 수용하기에 적합하다. 그러한 멤브레인 전해장치는 예를들면 PT-Procestechniek 42(1987), no. 12, page 123에 기재되어 있다.

공지된 장치에서 수용액을 연속공정에서 유동폐수(waste flow)의 형태로 두번째 구간으로 공급된다.

유동폐수에서 예를들어 Zn, Pb, Ni 또는 Cu와 같은 염이 용해되어 있으며 폐수용액(waste solution)을 처리하기전에 양이온을 제거하는 것이 바람직하다.

첫번째 구간에서는 흔히 스테인레스강으로 된 아노드이며 예를들어 4% NaOH 용액이 첨가되어 있다.

첫번째 및 두번째 구간 사이에는 예를들어 나피온(Du Pont de Nemours의 상표)과 같은 양이온을 교환하는 멤브레인이 있다.

공지된 장치에서 하기의 문제들이 발생한다.

작동하는 동안에 첫번째 구간으로부터 소듐 이온이 아노드 및 캐소드 사이에 전류가 유지되도록 한다.

상기 소듐 이온을 첫번째 구간으로부터 두번째 구간으로 멤브레인을 통해서 이동한다.

첫번째 구간에 남아있는 하이드록시이온은 전류의 영향하에 해리되어서 산소가 방출된다.

따라서 전류를 유지시키기 위해서 수산화나트륨 농도를 항상 계속해서 보충시킬 필요가있다.

이동된 소듐 이온은 두번째 구간에서 농도가 증가된다.

소듐염의 침전을 막기 위해서 두번째 구간에서 수용액이 끊임없이 변화될 필요가 있다.

그러나, 두번째 구간으로부터 유동폐수를 방출시키는 것은 그것과 관련있는 환경적인 영향때문에 문제가 된다.

본 발명에 따른 멤브레인 전해장치 및 방법은 아노드가 소모할 수 있는 금속아노드이고 반투성 멤브레인이 양이온을 교환하는 멤브레인인 것을 특징으로 한다.

전기분해에서 소모할 수 있는 아노드는 용해되고 캐소드와 접촉하는 용액에서 금속이온은 캐소드에서 침전된다.

금속 아노드는 침전된 금속 이온과 같거나 다를 수 있다.

적합한 아노드는 Fe, Cu 및 Ni이며 매우 순수한 것이 바람직하다.

아노드가 철일때 FeCl₂용액은 첫번째 구간으로 도입시키는 것이 바람직하며 철은 특히 아노드로서 바람직하다.

본 발명으로 전류의 유지는 금속이 수용액으로부터 제거되는 염의 음이온, 예를들면 클로라이드 이온에 의해서이다.

이러한 목적으로 멤브레인은 음이온을 교환하는 멤브레인이며 예를들면 네오셉타 멤브레인(네오셉타는 Tokuyama Soda Company Ltd. 사의 상표, 일본)이 있다.

클로라이드 이온은 아노드 구간에서 그안에 위치한 아노드로부터 발생한 금속이온과 만나서 염을 형성한다.

이염은 유용한 생성물로 회수할 수 있는데 예를들어 FeCl₂라면 응고제로 사용할 수 있는 생성물이다.

따라서 본 발명은 공지된 장치보다 환경적인 이점을 지니는데 공지된 장치는 환경적으로 해로운 잔류염을 산출하는 반면에 본 발명에 따른 장치의 사용은 환경적으로 쓸모 있는 즉, 재사용할 수 있는 잔류 생성물을 산출할 수 있다.

또한 작동하는데 있어서 경제저인 이점이 있다. : 전류를 유지하기 위해서 공지된 장치를 지닌 경우로 아노드 구간에서 용액을 계속해서 보충해줄 필요가 없다.

본 발명에 따르면 전류를 공급하는 이온은 금속이온이 제거되는 용액으로부터 얻어진다.

본 발명은 이제 첨부 한도면에서 자세히 설명될 것이다.

두개의 도면에서 같은 참고수자는 대응 부분을 가리킨다.

제1도 및 제2도가 각각 종래의 기술장치 및 본 발명의 장치를 나타내는데 각각 아노드(4) 및 캐소드(5)가 위치하는 첫번째(아노드)구간(1) 및 두번째(캐소드)구간(2)를 가지고 있는 전해셀(3)를 각각 포함한다.

반투성 멤브레인(6)은 첫번째구간(1)과 두번째구간(2)을 분리한다. 정제될 수용액은 두번째구간(2)에 있으며 금속염의 형태로 오염물을 포함하는 전형적인 폐수용액이다.

공지된 장치인 제1도로 표시되는 아노드(4)는 스테인레스 강이고 멤브레인(6)은 예를들어 나피온과 같은 양이온을 교환하는 멤브레인이다. 4% 수산화나트륨 용액이 아노드 구간(1)으로 첨가되며 전류 흐름이 구간 1에 있는 용액으로부터 멤브레인(6)를 통해 구간 2로 소듐이온이 이동함으로써 공급된다.

제1도 및 제2도의 장치에서 캐소드(5)는 아연이 대표적이나 다른 적합한 물질도 또한 사용될 수 있다.

공지된 장치인 제1도에서 나타나는 단점은 수산화 나트륨 용액이 항상 보충될 필요가 있으며 소듐 이온이 염형태로 캐소드 구간(2)에 축적된다는 것이다.

이 염은 캐소드 구간으로부터 제거되어야만 한다.

그러나 염을 방출시키면 환경적으로 해롭다.

본 발명을 구체적으로 나타낸 제2도의 장치에 따르면 멤브레인(6)는 음이온을 교환하는 멤브레인이며 예를들면 네오셉타 멤브레인이 있고 아노드(4)는 매우 순수한 철인 소모할 수 있는 아노드이다.

염7화아연은 유동폐수로서 연속공정에서 캐소드 구간(2)로 계속 공급될 수 있는 수용액으로부터 제거되어야만 한다.

그 다음에 전류 이동은 클로라이드 이온에 의해 전해셀(3)내에서 이루어진다.

아노드 구간(1)에서 이 클로라이드 이온은 염화제일철로 아노드(4)로부터 유래하는 용해된 철이온과 재결합한다.

상기 염화제일철이 모여졌을 때 환경에 해롭지 않으며 후에 응고제로 사용할 수 있음을 알았다.

아연은 캐소드에 침전되어 있다.

이 과정은 구간 1에 있는 용액으로 예르들어 4% FeCl₂용액을 첨가함으로써 시작된다.

게다가 이 과정 동안에 용액을 계속 보충할 필요가 없다.

전기 분해는 하기 반응을 일으키는 아노드 및 케소드 사이에서 적합한 전위에서 수행된다.

아노드에서 : Fe→Fe⁺⁺+2e^-

캐소드에서 : Zn⁺⁺+2e^-→Zn

본 발명의 경제적 이점은 하기 실시예로부터 나타낸다.

[실시예]

Ni 염은 유동폐수로부터 제거될 수 있다.

737.5g의 니켈은 NaOH를 사용한 종래의 방법에서 1kg의 NaOH에 의해 침전될 수 있다.

결과적으로 NaOH 원가(1989)가 Fl 0.80/kg에서 회수한 1kg의 Ni 원가가 종래의 방법에 따르면 Fl 1.08에 해당한다. 본 발명에 따르면 대략 0.94kg Fe는 대략 Fl 1.-/kg(1989)의 원가로 1kg의 Ni를 회수하는데 필요하다.

그로므로 회수한 1kg의 Ni 원가는 본 발명에 따른 방법으로 Fl 0.94에 해당된다.

Claims (7)

1. 아노드구간(1), 캐소드구간(2), 상기 아노드구간내에 액체와 접촉하기 위해 설치된 아노드, 상기 캐소드 구간에서 수용액과 접촉하기 위해 설치된 캐소드, 및 아노드 및 캐소드 구간을 분리하는 벽으로써 배열된 반투성 멤브레인을 가지고 있는 전해셀을 포함하는 수용액으로부터 금속이온을 제거하기 위한 멤브레인 전해장치에 있어서, 상기 아노드(4)가 소모할 수 있는 금속아노드이고 상기 멤브레인(6)이 음이온을 투과시켜 캐소드 구간으로부터 아노드구간으로 통과하도록 음이온을 교환하는 멤브레인인 것을 특징으로 하는 수용액에서 금속이온 제거용 멤브레인 전해장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 아노드가 Fe, Cu 또는 Ni로 만들어진 것을 특징으로 하는 멤브레인 전해장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 아노드가 철로 만들어 졌으며 상기 아노드 구간(1)이 FeCl₂로 이루어진 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 전해장치.
4. 용액이 캐소드와 접촉되고 아노드에 접촉되어 있는 아노드 용액으로부터 반투성 멤브레인(6)에 의해 분리되어 있는 상기 용액을 전기분해시켜서 이뤄지는 폐수용액으로부터 금속이온을 제거하는 방법에 있어서, 상기 아노드(4)가 소모할 수 있는 금속 아노드이고 상기 반투성 멤브레인(6)이 음이온을 교환시키는 것을 특징으로 하는 폐수용액으로부터의 금속이온 제거방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 아노드가 철로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 아노드 용액이 FeCl₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 금속이온이 Zn, Pb, Ni 및 Cu 이온으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.

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