용매추출 및 전해채취법을 적용한 사진폐수 처리에 의한 은의 회수에 관한 연구

Abstract

Fundamental studies have been carried out regarding the solvent extraction of silver contained in the photographic wastewater taking D2EHPA as the extractant. Extraction experiments were conducted using artificial wastewater which was prepared by dissolving AgNO3 along with actual wastewater. For artificial wastewater, the extraction of silver was observed to occur very rapidly at the incipient stage of extraction. In addition, more silver was extracted as the volumetric ratio between aqueous phase and organic phase was decreased. The volumetric ratio of organic extractant to diluent was also taken as an experimental variable and the extracted amount of silver was examined to decrease with temperature. The features of silver extraction for actual photographic wastewater was generally similar to those for artificial wastewater. Regarding the kinetic aspect, the extraction of silver contained in the actual wastewater was observed to follow a first order reaction. The removal characteristics of silver ion from photographic wastewater have been investigated by recovering silver electrochemically. Cyclic voltammetry for artificial and actual wastewater which containing silver ion was investigated to understand its electrochemical behavior. For both artificial and actual wastewater, the recovery of silver according to the electrowinning time was observed to be increased as the applied potential was raised. In addition, the applicable potential for the electrowinning of silver was found to be lower for artificial wastewater compared with actual wastewater. As the temperature was increased, more silver was recovered for both wastewater, which indicated the electrowinning reaction was endothermic. The electrowinned silver was refined electrochemically to increase its purity and the variation of the purity of silver was examined according to the electrorefining potential. The influences of potential difference and ionic concentration have been investigated on the electrolytic recovery of silver from artificial photographic wastewater in continuous flow reactor system. As the initial concentration of silver ion and applied potential were increased, the amount of silver recovered was observed to be raised. Also, the electrolytically recovered material from artificial wastewater was proved to be pure silver based on the qualitative analyses by EPMA and XRD. And the efficiency of silver recovery for diluted actual photographic wastewater was increased with applied potential and reached its maximum at 6 V. However, the recovery of silver was shown to be decreased with potential above this. When the wastewater was undiluted, the amount of recovered silver was observed to rise as the applied potential became lower under the experimental conditions.;산업의 발전에 따라 여러 다양한 공정으로부터 발생하는 각종 폐수에 함유된 폐기물의 양은 급격히 증가하고 있으며, 또한 이의 종류와 성상이 점차 다양화되어가고 있는 추세이다. 이와 함께 이러한 폐기물에 각종 유용 성분이 포함되어 있는 경우도 많아 이를 적절한 방법으로 회수하여 재사용하는 것은 폐기물 감량에 의한 환경적 효과 뿐 아니라 폐기되는 자원을 재활용하는 면에 있어 경제적 이익 또한 발생시킬 수 있다. 폐기물에 함유된 유용 성분들 가운데 은은 각종 산업 공정에서 중요한 재료로 사용되고 있는 물질로써, 특히 사진필름은 일반적으로 5∼15 g/m2 정도의 은을 함유하고 있는 바, 따라서 이의 현상 과정에서 발생하는 폐수에는 상당량의 은이 함유되어 있어 이것이 적절히 처리되지 않고 자연계로 방출될 경우 중금속에 의한 환경오염을 초래할 뿐 아니라 경제적 손실이 발생하는 관계로 이로부터 은을 회수하는 필요성은 더욱 증대되고 있다. 본 연구에서는 인공폐수 및 사진폐수에 함유된 은에 대해 D2EHPA (Di-2-Ethylhexyl Phosphoric Acid)를 추출제로 한 용매추출법 및 전기화학적 환원법을 적용해 은을 처리함과 동시에 분리된 은 성분을 재활용하는 방안에 대한 연구를 수행하였다. D2EHPA를 이용하여 인공폐수와 실제 사진폐수에 대해 시간에 따라 용매 추출을 수행한 결과, 실험조건에서 은의 추출 속도가 빨라, 반응 후 수분 안에 평형에 도달하였고, 속도론적인 면에서는 두 반응 모두 1차 반응의 양상을 보였다. 또한 추출제인 D2EHPA의 농도가 증가함에 따라 추출정도가 증가하였으며, 수상과 유기상의 비를 변화시켜 관찰한 결과, 유기상의 양이 증대됨에 따라 추출정도가 상승함을 보였다. 온도에 따른 추출경향은 온도의 증가에 따라 반응성이 감소하는 발열반응의 특성을 보였으며 인공폐수와 실제 사진폐수에서의 추출공정에서 McCabe-Thiele Diagram을 통해 이론적 추출단수를 확인하였다. 인공폐수의 회분식 전해채취 반응으로 인한 은 회수 시험 시, 초기 1000 mg/L의 농도에서 전압이 높아질수록 전해시간 경과에 따라 11 V에서 120분 후 약 422.3 mg이 채취되면서 약 85%의 회수율을 보였다. 반면에 실제 사진폐수는 은의 존재형태가 순수 은 이온이 아닌 황화합물 형태로 존재하기 때문에 통상적인 금속의 전기분해와는 다른 특성을 보였다. 4 V 적용 시 120분 후 약 87.2 mg이 채취되는 모습을 보이며, 적용 전압은 7 V 이하에서 효율을 높일 수 있음을 확인하였다. 또한 두 폐수의 전해반응 시 온도가 증가할수록 반응성이 증가하는 흡열반응의 특성을 보였다. 연속순환식 전해채취 공정에서도 적용전압 및 초기 농도가 증가할수록 제거 효율이 증가함을 보였고, 유량이 증가함에 따라 환원에 의한 금속이온의 제거가 더 효과적임을 확인하였다. 은 함유 폐수의 전해 반응에 의해 음극에 석출된 물질의 성분 및 표면분석을 해 본 결과, 인공폐수의 경우에는 그 물질이 은임을 확인하였고, SEM을 통하여 분말의 결정 형태가 수지상으로 형성되는 것을 관찰하였다. 실제 사진폐수는 여러 불순물들을 많이 포함하고 있는 바, 결정형태 또한 뚜렷하지 않은 모습으로 성장하는 것을 관찰할 수 있었다.