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admin

2017-01-16 11:03:13

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전해채취[electrowinning]

전기분해에 의해 목적금속을 환원채취하는 프로세스. 일반적으로는 수용액으로 채취하는 방법을 가리키는데, 용융염전해에 의한 환원도 포함된다.

일반적으로 이온화경향이 수소보다 작은 금속 예를들면 금, 은, 백금속, 구리, 셀렌, 텔루르, 비소, 안티몬, 비스무트는 수용액 속의 이온으로부터 환원채취가 용이하지만, 수소보다 이온화경향이 큰 금속에서도 수소과전압을 이용하여 납, 주석, 몰리브덴, 니켈, 코발트, 카드뮴, 철, 크롬, 아연, 망간 등의 전해채취가 가능하다. 염화물이 용액이면 염소가, 수산화물이나 황산염이면 산소가 양극에서 발생하고 음극에 금속이 석출한다. 망간보다 더욱 이온화경향이 큰 금속은 통상의 방법에서는 수용액으로 석출하지 않으나, 음극에 수은을 사용하면 수은과의 합금(아말감)으로 알칼리금속에서도 채취가능하다.

공업적으로 수용액으로부터 전해채취되는 금속에는 아연, 카드뮴, 니켈, 코발트, 망간, 크롬, 텔루르, 탈륨, 갈륨 등이 있다. 일반적인 전해채취의 제련공정은 광석의 전처리, 용해, 정액(淨液), 채취의 각 단계로 나누어진다. 전처리에서는 광석의 품위(목적금속의 함유량)를 올리거나 배소하여 용해하기 쉬운 화합물로 변환한다. 용해에는 염가인 황산이 자주 쓰이는데 목적금속의 성질에 따라 암모니아용액, 수산화나트륨용액 등도 사용된다. 정액은 얻어지는 목적금속의 순도를 좌우하는 중요한 공정이다. 목적금속보다도 환원되기 쉬운 불순물은 용액 속에 목적금속의 분말을 가하여 치환, 침전제거한다. 또 용액을 중화하여 수산화물로서 침전시키거나 수산화철과의 공침(共沈)을 이용하는 방법, 용매침출로서 분리하는 방법 등 다양하다. 전해채취에서는 양극에 불용성의 금속판이나 스테인리스강판, 알루미늄판 등이 쓰이고, 상온에서 55℃ 정도의 온도가 채용되고 있다.

아연의 습식제련에서는 우선 황화석의 섬아연석(ZnS)을 공기를 가하여 배소하여 산화아연(ZnO)으로 하고 이것을 황산으로 침출한다. 침출액에는 구리, 카드뮴, 니켈, 코발트, 비소 등이 불순물로서 함유된다. 이들은 아연과 아(亞)비산을 가하여 환원․공침시켜 제거한다. 양극에는 은을 약 1mass% 함유하는 납판을, 음극에는 알루미늄을 사용하여 아연을 전해채취한다. 대표적인 전해액의 조성은 황산 160g/l에 아연이 60g/l 용해한 것이다. 전류밀도는 500A/m2, 극간전압은 약 3.3V이다. 음극에 석출한 아연은 알루미늄판으로 끌어내릴 수 있다.

카드뮴은 상술한 것처럼 습식아연제련의 정액공정에서 침전물로 분리된다. 이것을 우선 아연의 전해미액(尾液)으로 녹인 후 다시 아연분말로 침전시켜 순도를 올린다. 이 침전을 카드뮴 전해미액에 녹이고 전해채취한다. 극판은 아연의 경우와 같은 것을 사용하고, 전해액은 황산 약 130g/l에 카드뮴 50g/l, 아연 45g/l이 용해한 조성으로 전류밀도 50A/m2, 극간전압 2.4V로 전착시킨다.

니켈제련에는 다양한 방법이 있는데 전해채취를 채용하는 방법으로 우선 니켈매트전해법을 들 수 있다. 이것은 양극을 정제한 니켈매트(Ni2S3), 음극을 니켈의 종판(種板)으로 하고 황산욕 속에서 전기분해하는 방법이다. 소위 전해정제와의 중간적인 프로세스이다. 원료에 니켈과 코발트가 공존하고 있는 경우는 이들을 분리하는 공정을 거친 후 각각을 전해채취하는 프로세스가 취해진다. 니켈과 코발트를 함유하는 용액에서 양자를 분리하는데는 D2 EHPA, LIX64N, Varsatic Acid, TNOA라고 하는 추출제를 이용한 용매추출법이 이루어진다. 분리 후 황산 또는 염산욕에 의해 각각 전해채취된다.

망간은 연질망간석(MnO2․nH2O)을 환원배소한 후 암모니아를 황산용액으로 침출한다. 정액에서는 액을 중성으로 하고 철, 비소, 알루미늄, 규소 등을 수산화물로 제거, 황화수소를 취입하여 구리 등을 황화물로서 제거한다. 전해채취는 격막전해가 이루어지고, 양극에는 납(은 약1mass%를 함유) 음극에는 스테인리스강판이 쓰인다. 격막으로 칸막이 된 음극측 액을 약알칼리로 양극측을 약산성으로 전기분해하면, 음극에 금속망간 양극에서는 산소가 생성한다. 음극측의 액이 산성이 되면 전기분해로 수소가 발생하는 반응이 일어나기 쉽고, 음극측을 알칼리성으로 하면 산소 대신에 이산화망간이 석출한다. 또 격막을 사용하지 않고 전기분해하여 이산화망간을 얻는 프로세스도 있어 축전지의 제조에 쓰인다.

그 밖에 크롬은 원료를 황산으로 침출 후 격막전해에 의해 채취된다. 탈륨은 납의 플루오르화규소산 전해정제액에 축적되어 이것으로부터 납을 제거한 후 전해채취된다.