전기화학 반응에 의한 폐 염화철 부식액의 재생 및 구리 회수에 관한 연구

Abstract

전기화학적 방법을 이용하여 PCB(Printed Circuit Board)의 에칭폐수를 양극에서 재생하고, 음극에서 구리를 석출하기 위한 실험을 하였다. 에칭 공정 중에 사용되는 염화철 부식액은 계속되는 에칭 공정에 의해 에칭액 속의 구리 농도 상승과 부식액의 ORP(Oxidation Reduction Potential)의 저하 때문에 에칭 능력이 떨어지게 된다. 이러한 식각폐액은 현재 주로 화학적으로 재생되고 있으나 많은 환경적 문제점을 일으키기 때문에 전기화학적 반응을 이용하여 폐 염화철 부식액을 재생시키는 방법이 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 이러한 염화철 부식액의 전기적 재생장치를 개발하기 위한 기초실험을 수행하였다. 폐액 처리 반응조는 음이온 교환막을 사이에 두어 양극액과 음극액이 서로 섞이지 않도록 제작하였다. 양극액은 에칭 공정을 거쳐서 나온 폐 부식액과 같은 조성으로 제조하여 사용하고 음극액 역시 각각 실험 조건에 맞춰 제조하여 사용하였다. 양극액과 음극액에 전극을 삽입하고 반응을 진행하였으며 음극에서는 환원이 일어나면서 액 속의 구리 이온들이 전극 판에 입자상의 구리 금속으로 흡착되면서 석출되도록 하였다. 그리고 재생장치 개발의 기초자료를 얻기 위한 실험이기 때문에 회분식 반응으로 대부분 반응을 진행하였으며 회분식 반응으로 얻은 최적 조건을 바탕으로 연속식 반응도 진행하였다. 염화철 에칭 폐액에는 구리와 철, 두 가지 금속 이온들이 동시에 함유되어 있기 때문에 두 금속 간에 일어나는 간섭현상이 실험의 진행에서 변수로 작용하였으며, 전류 밀도는 350mA/cm2일 때, 음극액의 철 이온 조성은 Fe2+의 비율이 높을수록, 음극액의 구리 이온 농도는 12g/L일 때, 음극액의 구리 이온 조성은 Cu+의 비율이 높을수록 높은 구리 석출 효율을 나타냈다. 이러한 최적 조건으로 연속식 반응을 진행한 결과 연속식 반응이 가능함은 물론 1시간 운전 시 회분식 운전과 비교하여 석출 효율이 감소하지 않지만, 반응기의 구조상 문제 때문에 장시간 운전 시 석출 효율이 급격히 감소하였다. 그래서 연속식 반응을 위해 반응기의 구조를 변형시키고 스케일 업까지 진행하여 실험한 결과 회분식 반응과 비교하면 석출 효율이 20% 정도 감소하지만, 내구성에는 문제가 없었기 때문에 장시간 연속 운전이 가능함을 확인할 수 있었다.