무전해 니켈 도금 산세 폐액의 전기 분해 처리 - 전병한 (The Graduate School, Ajou University, 2016)
다양한 산업 분야에서 사용되고 있는 무전해 니켈 도금은 공정과정에서 다량의 중금속을 함유한 폐액을 발생시키며 이 폐액이 적절한 처리과정 없이 그대로 배출될 경우 환경에 심각한 오염을 야기할 수 있다. 2014년을 기준으로 도금폐액에 함유한 중금속 중 니켈의 배출허용기준은 청정지역 0.1 mg/L 이하, 가 지역 3.0 mg/L 이하, 나 지역 3.0 mg/L 이하, 특례지역 3.0 mg/L 이하로 더욱 엄격하게 규제하고 있다. 그러나 현재 적용되는 도금폐액의 니켈 처리방법으로는 배출허용기준 이하로 처리가 용이하지 않고 다수의 현장에서 다른 폐액과의 혼합을 통해 희석하여 니켈농도를 낮추는 경향이 있다. 이와 관련되어 본 연구에서는 전기분해 방법을 적용하여 실질적이며 효율적인 무전해 니켈 도금 폐액 처리방법을 제시하였다. 니켈을 포함한 인공폐액으로 전기분해 처리한 결과 니켈 제거효율을 좌우하는 인자는 전류밀도의 세기, pH 등이었다. 니켈 제거의 최적조건은 전류밀도 1.25 mA/cm2, pH 9였으며 이 조건에서의 잔류 니켈 농도 0.97 mg/L, 약 94%의 니켈이 제거되는 것으로 조사되었고 전기분해 처리시 최소 pH 9 이상의 조건을 유지시켜야 하는 것으로 나타났다. 희석폐액을 전기분해한 결과 전류밀도 6 mA/cm2에서 잔류 니켈 농도는 환경기준인 3.0 mg/L 이하로 처리가 가능하였으며 6 mA/cm2 이상의 전류밀도에서 니켈 제거 효율이 뚜렷하게 증가하는 경향을 나타내지 않았다. 그리고 철이 과량으로 용출되면 슬러지 문제를 야기할 수 있으므로 전류밀도는 6～7 mA/cm2 범위로 도출하였다. 희석폐액의 실험결과 니켈 농도 20 mg/L 이하의 폐액을 전기분해법으로 처리하기 위해서는 pH 9, 전류밀도 6～7 mA/cm2, 반응시간 5분이 가장 효율적인 것으로 조사되었으며 실제 공정에서 발생하는 산세 폐액 처리에도 적용이 가능한 것으로 결론지을 수 있었다. 희석폐액의 처리실험에서 도출된 조건을 고려하여 무전해 니켈 도금 공정으로부터 발생한 수세폐액을 전기분해 처리한 결과 최소 10 mA/cm2 이상일 때 처리수의 잔류하는 니켈농도는 2.73 mg/L 로 배출허용기준인 3.0 mg/L 이하로 처리 가능하였다. 그리고 도출된 전류밀도 10 mA/cm2 조건에서 최적의 pH를 조사한 결과 pH 9에서 니켈제거효율 96.75%로 가장 효율적이었으며 상황에 따라서 무전해 도금 공정에서 사용된 착화제의 양이 많을 경우 효율적인 니켈 제거를 위해 보다 높은 pH 9.5 조건을 적용할 수 있는 것으로 나타났다. 용성전극과 불용성전극을 이용하여 니켈 제거 효율 및 슬러지 내 중금속 함량을 비교한 결과 용성전극은 낮은 전류밀도에서 니켈을 효율적으로 제거할 수 있다는 장점이 있으나 발생슬러지 내 철 함량을 높여 순도 높은 니켈 슬러지를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 반면에 불용성전극은 니켈 제거 효율 면에서는 용성전극보다 낮지만 전류밀도 15 mA/cm2 에서 슬러지 내 니켈 함량 95.27%로 용성전극 사용 시 니켈 함량 70.65% 보다 높아 비교적 순도 높은 니켈 슬러지를 얻을 수 있으므로 금속 자원의 회수 면에서 장점이 있었다. 무전해 니켈 도금폐액은 음이온을 다수 함유하므로 착이온 형성이 용이하여 기존 침전법으로 처리하려면 pH가 높게 유지되어야 한다. 그러나 용성전극 ․ 불용성전극을 이용한 전기분해 공정은 착이온의 형성을 방해하고 생성된 수산화금속염이 중금속을 흡착하여 공침하므로 낮은 pH 조건하에서 니켈 제거효율이 높은 것으로 조사되었다. 본 연구에서 제안한 전기분해 방법은 현재 도금폐액 처리시설에서 여러 도금폐액을 혼합하여 처리하는 방식을 대체할 수 있으며 니켈이온 제거에 대한 전기분해 자료는 실제 현장에 적용하는데 있어서 중요한 자료로 활용될 것으로 판단된다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :환경공학과,2016. 2
Keywords: 무전해 니켈 도금; 전기분해