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admin

2017-01-16 11:02:48

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전해정제[electrorefining]

전기분해을 이용하여 불순물을 함유하는 금속을 고순도로 정제하는 프로세스. 전해액에 수용액을 사용한 전해정제는 구리, 납, 금, 은, 니켈, 철, 주석, 비스무트, 인듐 등에 대해 공업적으로 이루어지고 있다. 전해정제 중에서 가장 규모가 큰 것은 구리이다. 조동(粗銅)을 양극(애노드)에 주조하고, 순동(純銅)의 종판을 음극(캐소드)으로 하여 황산과 황산구리의 전해액으로 전기분해한다. 공업적으로 이루어지는 구리의 전해정제에서 양극의 사이즈는 세로 100cm, 가로 100cm, 두께 1.5～3.5cm로 판 상부에 전기를 받아들이는 부분이 귀(耳)와 같이 달려 있다. 음극이 되는 종판에는 압연한 구리판을 사용하는 경우도 있으나 구리, 스테인리스강, 티탄 등을 음극으로 판상에 얇게 전해석출시킨 것을 벗겨서 만드는 방법이 주류이다. 이 때 벗기기 쉽게 하기 위해 미리 음극판 위에 세켄액을 도포해 둔다. 전해액은 구리 40 ～50g/l을 황산 180～200g/l에 용해한 조성으로, 여기에 아교, 염산, 티오요소 등을 첨가제로 가한다. 양극과 음극은 서로 나란히 하여 전해조에 들어간다. 전형적인 조업조건으로 양극과 음극의 면간격은 3 ～5cm, 전류밀도 200～300A/m2, 양극간 전압 0.3～0.4V이다. 양극의 반응은 Cu→Cu＋＋e-, 음극에서의 반응 Cu＋e-→Cu로 양자가 서로 소거하는 반응이므로 일반적으로 정해정제에 필요한 전압은 전해채취에 비해 낮게 끝난다. 조동 속의 불순물 중에서 금, 은, 납은 용해되지 않고 양극니(陽極泥)로서 양극판 위 또는 전해조의 바닥에 모인다. 이것들은 회수하여 금, 은의 제련에 사용하게 된다. 니켈, 아연, 철은 전해액에 녹지만 음극에는 거의 석출하지 않는다. 그러나 비소, 안티몬, 비스무트는 양극니에도 남지만 전해액에도 들어가 음극의 구리를 오염시킨다. 그 때문에 정액공정에서 이들의 불순물원소를 빼낸다.

납에는 베츠법이라고 불리우는 정해정제법이 이루어진다. 전해액은 플루오르화수소산(H2SiF6) 약100g/l에 납을 70g/l 용해시킨 것을 사용한다. 조연(粗鉛)을 양극에 정제가 끝난 납판을 음극으로 하고, 극간거리 약10m, 전류밀도 약150A/m2, 극간전압 약0.5V로 전기분해한다. 비스무트, 금, 은, 안티몬 등을 양극니로 제외한다. 그러나 이 전해정제에 의한 구리와 주석의 제거는 곤란하기 때문에 전해정제 앞 또는 후에 건식법(구리드로싱, 해리스법 등)으로 이것들을 제거할 필요가 있다. 또 비스무트의 정해정제에도 납과 마찬가지로 플르오르화규소산이 전해액으로 쓰인다.

주석의 전해정제에는 플르오르화규소산과 황산을 혼합시킨 전해액이 쓰인다. 은의 전해정제의 일예를 예로 나타내면, 전해액은 질산 15g/l에 은이 40g/l 녹은 것으로, 전류밀도 약300A/m2, 극간전압 1.7V이다. 양극의 조은(粗銀)은 구리나 납의 전해정제의 양극니로 얻어진 것, 청화제련으로 얻어진 것 및 은스크랩 등으로 금이나 백금족을 함유한다. 양극은 헝겊 또는 종이의 부대로 감싸고 양극니가 산란하는 것을 방지한다. 음극은 스테인리스강판으로 여기에 은이 수지상(樹脂狀)으로 석출한다. 그 때문에 막대로 은을 뒤섞어서 전극의 단락을 방지한다(메비어스법). 양극니는 질산으로 은을 충분 제거한 후 금전해의 양극에 주조된다.

금의 전해정제는 홀윌법으로 불리운다. 전해액은 약 금이 100g/l, 염산이 100g/l으로 온도를 70～85℃로 하고 직류전류밀도 400～800A/m2, 극간의 전류전압 약 1V에 교류를 3V 정도 중첩시킨다. 이것은 양극의 금이 부동태화하여 전해액에 녹아 없어지는 것을 방지하기 때문이다. 백금은 주로 전해액에 들어간다. 양극니는 은, 로듐, 이리듐을 함유한다. 니켈의 전해정련에는 히비넷전해법이 쓰이고 있다. 전해액의 주성분은 니켈이 60g/l, 황산 100g/l, 거기에 식염, 붕산을 함유한다. 양극의 조(粗)니켈에서는 구리, 코발트, 철 비소 등이 전해액에 용출하지만, 그 상태에서는 음극의 정제니켈을 오염시키기 때문에 전해액을 빼 내서 정액을 한다. 전해조는 음극과 양극 사이가 격막으로 칸막이되어 있고 정액 후의 전해액은 음극측에 돌아온다. 전해액의 역류를 방지하기 위해 음극측의 액면이 양극측보다 수cm 높게 유지하도록 한다. 전류밀도 150～200A/m2, 극간전압 1.6～1.9V이다.