고장력반도체용금본딩와이어생산을위한 PdPPddPd 정제기술지원 · 되어체금금리인하요인이발생하여가격경쟁력및생산량이증가함 7)77))7)

고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한

정제기술 지원정제기술 지원정제기술 지원정제기술 지원PdPdPdPd

2006. 6.2006. 6.2006. 6.2006. 6.

한국지질자원연구원한국지질자원연구원한국지질자원연구원한국지질자원연구원주 씨엠전자주 씨엠전자주 씨엠전자주 씨엠전자( )( )( )( )

산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한 정제에 관한 기술“ Pd

지원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합”( : 2005. 6. 1 ~ 2006. 5. 31)

니다.

2005. 6. 302005. 6. 302005. 6. 302005. 6. 30

지원기관 : 한국지질자원연구원

대표자( ) 이태섭 인( )

지원기업 : 주 씨엠전자( )

대표자( ) 유순동

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 김치권김치권김치권김치권

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김치권김치권김치권김치권

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기관 년 월 일 년 월 일2005 6 1 ~2006 5 31

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 고장력 반도체용 금 본딩 와이어 생산을 위한 정제에 관한 기술지원Pd

지원책임자 김치권 지원연구원수

총 명: 1

내부 명: 1

외부 명:

총

사업비

정부 천원: 80,000

기업 천원: 80,000

계 천원: 160,000

지원기관명 한국지질자원연구원 소속부서명 자원활용소재연구부

지원기업 기업명 주 씨엠전자: ( ) 기술책임자 유순동:

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수125

반도체 기술이 경 박 단소화 되어가는 추세에 따라서 기술지원 요청업체에packaging ㆍ

서는 반도체 조립공정에서 과 을 연결해주는 금 본딩 와이어의 제조시chip lead frame

장력을 높혀 주기위하여 재료로 백금족 금속인 팔라듐을 사용하고 있으나 원dopping

료 및 스크랲을 매각하고 있어 이로 인한 모재의 원활한 수급이 어려운 실정이며 수요

가 점차적으로 확대되고 있어 처리비용이 상승하고 있다 따라서 당 연구원이 보유하고.

있는 귀금속의 분리 정제 기술을 지원하여 기업의 기술적 애로사항을 해소하였으며 기,

술지원 내용은 아래와 같다.

의 전기화학적 특성조사- Au, Pd

가 함유되어 있는 모재 및 스크랲의 분리 정제기술 지원- Pd ,

환원제 종류 농도변화 반응온도 변화에 따른 최적 화학정련 조건 확립o , ,

각 화학정련 조건에서의 정제산물의 순도조사o

정해정련에 의한 전해에의한 금 팔라듐 정련기술 지원- , )

전압 전류밀도 전해액 농도 및 전해액 온도 변화에 따른 최적 전해조건 확립o , ,

각 전해조건에서의 정제산물의 순도조사o

규모 정제 공정기술 지원-10 /batch Pd㎏

분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조- , AP type

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 고순도 분리 정제 팔라듐 본딩 와이어 스크랲, , , , ,

영 어high puritym separation, refining, palladium, bonding,

wire, scrap

- 4 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

고장력 금 본딩 와이어 생산을 위한 정제기술 지원- Pd

의 분리 회수 및 정제 조건확립o Au, Pd ,

습식 환원 석출법을 적용한 분리o , Au, Pd

고순도 의 정제기술 및 사용화 공정기술 지원 및 분리 정제한 를 사용한 금 본o Pd , Pd

딩 와이어 적용시험

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

귀금속의 분리 회수 및 정제기술 관련자료 확보 및 기술지원 계획 확정- ,

의 전기화학적 특성조사- Au, Pd

가 함유되어 잇는 모재 및 스크랲의 분리 정제기술 지원- Pd ,

환원제 종류 농도변화 반응온도 변화에 따른 최적 화학정련 조건 확립o , ,

각 화학정련 조건에서의 정제산물의 순도조사o

전해정련에 의한 전해에의한 금 파라듐 정련기술 지원- ,

전압 전류밀도 전해액 농도 및 전해액 온도 변화에 따른 최적 전해조건 확립o , ,

각 전해조건에서의 정제산물의 순도조사o

규모 정제 공정기술 지원- 10 /batch Pd㎏

분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조- , AP type

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

화학정련에 의한o

금의 분리 회수,해당사항 없음

를 사용한o aqua regia

분해조건gold scrap

및 최적 화학정련에 의

한 금 정제기술 확립

의 최적 분해gold scrap

조건 화학정련법을 적용,

한 금의 환원 석출 조건,

조사 및 순도분석

전해에 의한 팔o

라듐의 정제회수해당사항 없음

팔라듐의 전해정제o

장치 고안 제작 및 고,

순도 팔라듐 회수를 위

한 전해정제 고전 확보

팔라듐을 정제 회수하o ,

기 위한 확립하기 위한

전해정련 조건 변화시험

및 최적 전해정련 조건

스o 10 /batch㎏

크랲 처리공정해당사항 없음

화학정련 및 전해정o

련 적용한 10 /batch㎏

금 팔라듐 분리 회수, ,

공정 확립

최적 환원 석출 반응o ,

조건 및 전해정련을 적용

한 금 팔라듐 규모확대,

정제 공정 확립

- 5 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용 모델해당기술 적용 모델해당기술 적용 모델해당기술 적용 모델1)1)1)1)

적용제품명o : Gold Bonding Wire

모 델 명o : Ap type bonding wire

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질

Tanaka

AP type

bonding wire

90% 동일금 팔라듐 원자재,

확보기간 단축

경쟁제품 대비 가격 원19,000 /g 100% 95%

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년110 / ( 5 %) 년 매출자재 대비’05

인건비 절감 백만원 년20 / ( 12 %)

계 백만원 년130 / ( 17 %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년5,200 / 백만원 년9,700 / 75 %

수 출 천달러 년800 / 천달러 년4,530 / 45 %

계 예상 백만원 년( ) 5,960 / 백만원 년15,040 / 120 %

참고 적용제품 주요수출국 중국 대만 싱가폴 등 동남아 지역) 1. : .

작성당시 환율 기준 원2. :950 /$

- 6 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비고

Gold Bonding Wire 천달러 년2,500 / 천달러 년5,800 / 천달러 년1,300 /

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년2,500 / 천달러 년5,800 / 천달러 년1,300 /

전량 수입자재로 간주1. Gold Bonding Wire .

환유기준 원2. 950 /$

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

반도에 제조용 팔라듐이 함유한 고장력 생산시 발생하- gold bonding wire g target

는 스크랲의 분리 정제기술을 확보하지 못하여 매가하였으나 종합기술지원사업을 통하,

여 자체 정련 기술 확보하여 원자재로 사용이 가능하여 원자에 대한 확보기일이 단축

되어 체금금리 인하 요인이 발생하여 가격경쟁력 및 생산량이 증가함

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

새로운 전해정련 장치의 고안 설계제작 기술확보- , .

습식정련 및 전해정련법을 병행한 귀금속 정련기술 자체확보- .

등 각종 귀금속 정련에 필요한 새로운 공정개발에 응용- Ag, Pt

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

- 7 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건19스크랲으로부터 를 분리 및 정련하기 위한Au, Pd

화학정련 기술 및 전해채취 기술제공

시제품제작 건

양산화개발 건3규모의 처리를 위10 /Batch Gold Wire Scrap㎏

한 공정별 설비 명세 및 용량 결정

공정개선 건8

화학정련에 필요한 염화금산 염화팔라듐산의 농,

도범위 환원반응 온도 및 환원제 종류 등 환원,

조건 등

품질향상 건8

전해액의 조성 범위는 염화팔라듐산산 농도

염산농도 전해액 온도80-100g/ , 100-120g/ ,ℓ ℓ

로 설정 등40-50℃

시험분석 건10전해정련 완료 후 양극의 함유되어 있는 불순물

의 제거 및 전해액 분석 결과등

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건2의 전기화학적 특성조사 및 를 사Au, Pd , AA ICP

용한 미량분석

기술마케팅 경영지원/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건26

반도체 로 사용되는 고장력Lead Wire Au-Pd

제조공정 및 스크랩 정제공정 대한 설명 등Wire

지원기업 방문회수 건26금 본딩 와이어 스크랩으로 을 분리 정제Au, Pd ,

하기 위한 화학정련 기술 및 전해정련 기술확립

기 타 건

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

한국부품소재산업진흥원의 적극적인 지원으로 한국지질자원원구원에서 보유한 귀금속o

에 대한 고순도 분리 정제기술을 기술지원 기업인 주 씨엠전자에 지원하여 반도체용, ( )

생산시 발생되는 스크랲으로부터 팔라듐 및 금의 회수가 가능한 자gold bonding wire

체기술을 확립하였으며 각종 귀금속의 고순도 정련에 본 기술의 적용이 가능하여 국내

유관업체의 기술력 향상은 물론 이에 따른 제품가격 경쟁력 및 생산성 향상이 기대됨

- 8 -

� 연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과�

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

저자(11)(12)

학술지명

(13)

Vol.

(No.)

(14)

국내외

구분

(15)

SCI

구분주저자

교신

저자

공동

저자

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과�

출원된 특허의 경우o

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

등록된 특허의 경우o

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

사업화 현황 건물 신축 중( )�

사업화 세부사항

사업(9)

화명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11)(12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액합계

백만원( )업체명 대표자 종원원수

사업화

형태

고용창출 효과�

고용창출 세부사항

(9)

창업 명( )

(10)

사업체 확장 명( )

(11)

합계 명( )

- 9 -

� 세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 121. : 121. : 121. : 12

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.06.02-06.03고장력 반도체용 스크랩으로부터 팔Gold Bonding

라듐 분리 회수기술,

2 05.06.10-06.10반도체 로 사용되는 고장력Lead Wire Au-Pd Wire

제조 공정 및 스크랩 정제공정 대한 설명

3 05.06.15-06.16를 사용한 스크랩의 분해 및 염화금산 및Aquaregia

염화팔라듐산 제조방법에 대한 기술설명

4 05.06.22-06.23염화금산 용액으로부터 팔라듐 회수 및 정제기술 지

원

5 05.06.30-07.01생성 및 제조를 위Tetra Amine Palladium Chloride

한 암모니아수 첨가량 및 농도설정

6 05.07.07-07.08 팔라듐 분리 정제시 회수율 향상을 위한 정제기술,

7 05.07.19-07.20복합금속 의 분리 정제 규모확대Au-Pd Wire Scrap ,

시험

8 05.08.03-08.04 정제 팔라듐으로부터 고순도 팔라듐 정련기술 검토

9 05.08.31-09.01

규모확대 시험에서 얻어진 으로부터Crude Palladium

고순도 팔라듐으로 정제하기 위한 위한 화학정제 기

술에 대한 설명과 화학정제 조건

10 05.09.13-09.14 본딩 와이어로부터 금 회수 및 정련기술Au-Pd

11 05.10.06-10.07염화금산 농도범위 환원반응 온도 및 환원제 종류가,

금의 순도에 미치는 영향에 대한 검토

12 05.10.18-10.19환원제로 사용하는 Hydrazine, Hyroquinone,

의 환원농도별 금의 정련 효과Sodium Sulfate

13 05.11.08-11.09

본딩 와이어 스크랩를 로 분해한Au-Pd Aqua Regia

용액 중에 함유되어 있는 염화금산 및 염화팔라듐산

을 로 분리하기 위한 환원 석출방법Au, Pd ,

14 05.11.30-12.01

염화팔라듐산 용액으로부터 정제한 tetra amine

를 여과 세정 및 건조 한 후 관palladium chloride ,

상로에 장입하고 에서 수소가스를 주입하여 환700℃

원하여 팔라듐 스폰지의 제조공정

15 05.12.20-12.21팔라듐 스폰지에 불순물로 함유되어 있는 Au, Ag,

등 귀금속의 제거를 위한 습식장제 조건Pt

16 06.01.05-01.06금 본딩 와이어 스크랩을 정련하기 위한 화학정련

기술 및 전해정련법에 대한 설명

17 06.01.12-01.13

화학정련시 적정 환원제 선정을 위한 환원제 종류별

환원력 및 금 팔라듐의 선택적 환원 효과에 대한 설,

명

18 06.01.25-01.26 팔라듐의 전해채취 기술 및 전해조 제적기술 지원

- 10 -

19 06.02.15-02.16

양극으로 사용되는 전극의 재질 중량 및 크기결정,

및 전해전압 상승에 따른 전류밀도 전류효율 변화,

및 전극의 표면처리 방법 및 표면처리 효과에 대한

설명

20 06.03.16-03.17본딩 와이어 스크랩 를 분해하기 위한 내10kg/batch

식성 분해조 제작을 위한 제작기준에 대한 설명,

21 06.03.29-03.30

팔라듐 전해채취을 위한 전해조 설계 제작 및 전해,

조 용량 결정을 위한 및Rectangular Cylindrical

전해조 제작기준Type

22 06.04.04-04.05

화학정련법을 이용하여 금을 정련하기위한 정련 공

정 및 정련조선 전해채취에 의한 팔라듐을 회수하기,

위한 전해장치 및 해 조건

23 06.04.19-04.20규모의 처리를 위한10kg/batch Gold Wire Scrap

공정별 설비 명세 및 용량 결정

24 06.05.02-05.03환원석출한 금분말을 순도향상 시키기 위한 유동층

전해정련 장치의 구조 및 정련효과

25 06.05.09-05.09회수 정제한 팔라듐을 사용한 와이어 제조, AP type

및 및Life time Despooling

26 06.05.17-05.17기술지원 사업 종료에 따른 스크랩으로부터 파라듐

및 금의 분리 회수 및 정련 일관공정 검토,

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 142. : 142. : 142. : 14

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.06.02-06.03

스크랩으로부터 를 분리 및 정련하기 위한 화Au, Pd

학정련 기술에 대한 설명과 화학정련 조건에 대한

설명

2 05.06.10-06.10반도체 로 사용되는 고장력lead wire gold bonding

소요량 및 스크랩 발생량에 대한 설명wire t

3 05.06.15-06.16본딩 이외의 제조를 위한 물질에Au-Pd Dopping

대한 종류 및 성분분석 결과

4 05.06.30-07.01

왕수에 의한 분해시 발Au-Pd Bonding Wire Scrap

생하는 질소산화물 처리를 위한 기Gas Scrubbing

술

5 05.07.07-07.08

팔라듐의 분리 정제시 회수율을 이상으로 향상, 90%

시키기 위한 를 사용한Aqua Regia Gold Bonding

스크랩을 용해할 때 반응 온도 상승에 따른 염Wire

화 금 염화 파라듐 용액의 증발방지,

6 05.07.19-07.20

염화물 수용액을 가온하여 로 유지하여 교반40-50℃

하면서 농도가 인 유산소다를 첨가하여 를 환20% Au

원 석출한 후 여과 세척 및 건조하여 회수아여 불, ,

순물 조사

- 11 -

7 05.08.03-08.04국내 외 파라듐 소요량 스크랩 발생량 및 정련기술, ,

에 대한 현황 설명

8 05.08.31-09.01의 파라듐 분리 회수 및 고순도 파라듐 정제ARRICT ,

기술 정제공정에 대한 설명,

9 05.09.13-09.14반도체 로 사용되는 본딩 와이어Lead Wire Au-Pd

제조 공정 생산량 금 소요량에 대한 설명,

10 05.10.06-10.07본딩 와이어 제조공정 생산량 금 소요량 및Au-Pd ,

분리 정제에 대한 설명,

11 06.01.05-01.06국내외 귀금속 정련기술에 대한 특허현황 및 미국

사에 생산제품 소개Ferro

12 06.01.12-01.13

본디 와이어 스크랩을 에 의한 용해시Au- aquaregia

발생되는 질소 산화물의 포집 제거공정의 문제점에,

대한 설명

13 06.01.25-01.26팔라듐의 전해채취를 위한 전해채취 조건 및 전해액

관리법에 대한 설명

14 06.03.29-03.30스크랩 분해시 발생되는 를 로 주입하기gas srubber

위한 이송장치에 대한 설명gas

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. :3. :3. :3. :

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 104. : 104. : 104. : 10

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.06.02-06.03 화학정련 정련 산물에 대한 순도조사 방법Pd, Au

2 05.08.31-09.01화학정제 정제산물인 고순도 팔라듐 순도결정을 위

한 등 미량성분 함유량 조사 방법Ag, Au, Pt

3 05.09.13-09.14본딩 와이어에 함유되어 있는 물질Au-Pd Dopping

에 대한 성분분석 결과

4 05.11.30-12.01정제하여 회수한 팔라듐 스폰지에 순도조사를 위한

에 의한 미량 분석ICP-Emission

5 06.01.12-01.13 와이어 제조시 첨가하는 제 분석결과Au-Pd dopping

6 06.01.25-01.26전해전압 변화에 따른 음극에 전착한 산물에 순도분

석 결과

7 06.02.15-02.16고순도 팔라듐 분석을 위한 원자흡광법 및 법에ICP

대한 소개

8 06.03.16-03.17전해정련 완료 후 양극의 함유되어 있는 불순물의

제거 및 전해액 분석 결과

9 06.04.04-04.05정련한 고순도 금의 순도를 결정하기 위한 미량 함

유한 성분분석을 위한 기기분석법

10 06.05.02-05.03 스크랩의 분석결과AP type

- 12 -

기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. : 265. : 265. : 265. : 26

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 05.06.02-06.03고장력 반도체용 스크랩으로부터 팔Gold Bonding

라듐 분리 회수기술,

2 05.06.10-06.10반도체 로 사용되는 고장력Lead Wire Au-Pd Wire

제조 공정 및 스크랩 정제공정 대한 설명

3 05.06.15-06.16를 사용한 스크랩의 분해 및 염화금산 및Aquaregia

염화팔라듐산 제조방법에 대한 기술설명

4 05.06.22-06.23염화금산 용액으로부터 팔라듐 회수 및 정제기술 지

원

5 05.06.30-07.01생성 및 제조를 위Tetra Amine Palladium Chloride

한 암모니아수 첨가량 및 농도설정

6 05.07.07-07.08 팔라듐 분리 정제시 회수율 향상을 위한 정제기술,

7 05.07.19-07.20복합금속 의 분리 정제 규모확대Au-Pd Wire Scrap ,

시험

8 05.08.03-08.04 정제 팔라듐으로부터 고순도 팔라듐 정련기술 검토

9 05.08.31-09.01

규모확대 시험에서 얻어진 으로부터Crude Palladium

고순도 팔라듐으로 정제하기 위한 위한 화학정제 기

술에 대한 설명과 화학정제 조건

10 05.09.13-09.14 본딩 와이어로부터 금 회수 및 정련기술Au-Pd

11 05.10.06-10.07염화금산 농도범위 환원반응 온도 및 환원제 종류가,

금의 순도에 미치는 영향에 대한 검토

12 05.10.18-10.19환원제로 사용하는 Hydrazine, Hyroquinone,

의 환원농도별 금의 정련 효과Sodium Sulfate

13 05.11.08-11.09

본딩 와이어 스크랩를 로 분해한Au-Pd Aqua Regia

용액 중에 함유되어 있는 염화금산 및 염화팔라듐산

을 로 분리하기 위한 환원 석출방법Au, Pd ,

14 05.11.30-12.01

염화팔라듐산 용액으로부터 정제한 tetra amine

를 여과 세정 및 건조 한 후 관palladium chloride ,

상로에 장입하고 에서 수소가스를 주입하여 환700℃

원하여 팔라듐 스폰지의 제조공정

15 05.12.20-12.21팔라듐 스폰지에 불순물로 함유되어 있는 Au, Ag,

등 귀금속의 제거를 위한 습식장제 조건Pt

16 06.01.05-01.06금 본딩 와이어 스크랩을 정련하기 위한 화학정련

기술 및 전해정련법에 대한 설명

17 06.01.12-01.13

화학정련시 적정 환원제 선정을 위한 환원제 종류별

환원력 및 금 팔라듐의 선택적 환원 효과에 대한 설,

명

18 06.01.25-01.26 팔라듐의 전해채취 기술 및 전해조 제적기술 지원

- 13 -

19 06.02.15-02.16

양극으로 사용되는 전극의 재질 중량 및 크기결정,

및 전해전압 상승에 따른 전류밀도 전류효율 변화,

및 전극의 표면처리 방법 및 표면처리 효과에 대한

설명

20 06.03.16-03.17본딩 와이어 스크랩 를 분해하기 위한 내10kg/batch

식성 분해조 제작을 위한 제작기준에 대한 설명,

21 06.03.29-03.30

팔라듐 전해채취을 위한 전해조 설계 제작 및 전해,

조 용량 결정을 위한 및Rectangular Cylindrical

전해조 제작기준Type

22 06.04.04-04.05

화학정련법을 이용하여 금을 정련하기위한 정련 공

정 및 정련조선 전해채취에 의한 팔라듐을 회수하기,

위한 전해장치 및 해 조건

23 06.04.19-04.20규모의 처리를 위한10kg/batch Gold Wire Scrap

공정별 설비 명세 및 용량 결정

24 06.05.02-05.03환원석출한 금분말을 순도향상 시키기 위한 유동층

전해정련 장치의 구조 및 정련효과

25 06.05.09-05.09회수 정제한 팔라듐을 사용한 와이어 제조, AP type

및 및Life time Despooling

26 06.05.17-05.17기술지원 사업 종료에 따른 스크랩으로부터 파라듐

및 금의 분리 회수 및 정련 일관공정 검토,

- 14 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 관련기술 현황제 장 국내외 관련기술 현황제 장 국내외 관련기술 현황제 장 국내외 관련기술 현황2222

제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황1111

제 절 귀금속의 정제기술 조사제 절 귀금속의 정제기술 조사제 절 귀금속의 정제기술 조사제 절 귀금속의 정제기술 조사2222

제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술3333

제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과제 장 기술지원 수행내용 및 결과3333

제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사1 Au-Pd1 Au-Pd1 Au-Pd1 Au-Pd

제 절 금 본딩 와이어 스크랲으로부터 의 분리 정제제 절 금 본딩 와이어 스크랲으로부터 의 분리 정제제 절 금 본딩 와이어 스크랲으로부터 의 분리 정제제 절 금 본딩 와이어 스크랲으로부터 의 분리 정제2 Au, Pd ,2 Au, Pd ,2 Au, Pd ,2 Au, Pd ,

제 절 분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조제 절 분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조제 절 분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조제 절 분리 정제한 팔라듐을 사용한 본딩 와이어 제조3 , Au-Pd3 , Au-Pd3 , Au-Pd3 , Au-Pd

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌7777

부록부록부록부록

- 15 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

금으로 대표되는 귀금속은 금 은 백금 팔라듐 로듐 이리듐(Au), (Ag), (Pt), (Pd), (Rh),

루테늄 오스뮴 의 가지 총칭을 말하여 장식품과 각종 공업제품에 이(Ir), (Ru), (Os) 6

용되고 있다 이들 귀금속이 공업적으로 중요한 것은 화학적 불활성 내화학성 및. ,

촉매능력이 복합적으로 작용하여 석유화학공업 전기전자재료 치과재료 및 장신구, ,

분야에서도 다량 사용되고 있으며 그 양은 점차 증가 추세에 있다.

특히 금은 각종 귀금속 중에서 가장 화학적으로 안정하며 도전성이 우수하여 가격,

이 고가인 점에도 불구하고 전자부품의 전도성 접착 및 코팅용 미세회로 형성등,

여러 분야에 있어서 상당히 그 응용범위가 넓다 예를 들면 금은 전기 및 열의 양.

도체이며 비항은 이며 열전도율은 이2.2 0-6 cm(18 ) 0.708cal/cm sec degㆍ Ωㆍ ℃ ㆍ ㆍ

며 경도는 으로 전성 및 연성 이 매우 크다 보통의 금박의 두께2.5~3 , ( ) ( ) .展性 延性

는 이고 의 금으로 약 의 만들 수 있기 때문에 반도체에 본0.00001cm , 1g 3,000m

딩 와이어로 사용된다 이러한 금의 특성을 이용하여 반도체 제조에 있어서 반도체.

소자와 기판을 연결해 주는 를 제조하며 선의 굵기는 종류에 따gold bonding wire

라 다르나 으로 제품의 신뢰성을 특별히 중요시하므로 순도가 이20~25 99.99%㎛

상인 고순도 금이 사용되고 있으며 의 장력을 높혀주기 위하여gold bonding wire

백금족 금속인 팔라듐을 첨가하여 제조한다.

근래에 이르러 국내 반도체 산업은 점점 심화되고 있는 가격경쟁으로 인하여 원가

절감에 많은 관심이 집중되고 있다 금의 경우는 가격 면에서 고가이므로. gold

제조시 발생하는 를 원자재로 다시 사용할 수 있도록 고순도의bonding wire scrap

금으로 신속히 분리 정제는 금리면에서 원가의 부담을 상당량 감소시킬 수 있어,

국내 반도체 산업의 국제 경쟁력을 강화시킬 수 있는 측면에서는 반드시 필요하며

국내 관련 기업의 새로운 기술의 자체적인 개발 능력이 취약한 것이 문제점으로 제

기 되고 있는바 당 연구원이 보유하고 있는 귀금속의 고순도 정련 기술을 지원기업

에 기술을 이전하여 관련 산업의 경제성을 제고하는 것이 관련 산업의 육성은 물

론 국내 산업에 있어서 저렴한 가격의 원료소재 수급을 원활하게 하고 안정된 제, ,

품의 제조를 유도하는 원천적 기본 기술로 이에 대한 기술개발이 시급한 실정이며

이와 함께 국내 제조회사들의 세계시장에서의 가격경쟁이 치열해지고 이에 따른 원

가절감의 노력은 필수적인 과제로 대두되고 있다.

- 16 -

따라서 기술지원 기업인 주 씨엠전자에서는 이러한 문제점을 타개하기 위하여 일( )

본의 고순도 귀금속 정제기술을 보유 회사인 사를 방문하여 금 부토Tanaka scrap

고순도 금 팔라듐의 분리 정제기술의 지원 및 이전을 요청하였으나 이에 대한 기, ,

술이전 및 공개를 회피하고 있는 실정이므로 금번 한국부품소재산업진흥원에서 실

시한 종합기술지원사업을 통하여 당 연구원에서는 수년간에 걸쳐 기초연구 및 규모

확대 연구를 수행하여 확립한 귀금속의 분리 정제기술을 주 씨엠전자에 기술지원, ( )

하므로써 점차 대외 경쟁력이 약화되어 가고 있는 국내산업의 제조원가 절감의 일

익을 담당하여 가격 경쟁력의 향상이 예상되며 또한 각종 산업에서 사용되는 동,

아연 등 비철금속 소재와 귀금속 소재의 정련은 전혜정련법을 적용하고 있으므로

본 기술을 관련 업체에 보급하여 국내 관련업체의 기술력 향상은 물론 이에 따른

생산성 향상이 기대된다.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

귀금속의 분리 회수 및 정제기술 관련자료 확보 및 기술지원 계획 확정- ,

의 전기화학적 특성조사- Au, Pd

가 함유되어 있는 모재 및 스크랲의 분리 정제기술 지원- Pd ,

환원제 종류 농도변화 반응온도 변화에 따른 최적 화학정련 조건 확립o , ,

각 화학정련 조건에서의 정제산물의 순도조사o

전해정련에 의한 전해에의한 금 팔라듐 정련기술 지원- , )

전압 전류밀도 전해액 농도 및 전해액 온도 변화에 따른 최적 전해조건 확립o , ,

각 전해조건에서의 정제산물의 순도조사o

규모 정제 공정기술 지원- 10kg/batch Pd

- 17 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

- 18 -

제 장 국내외관련기술현황제 장 국내외관련기술현황제 장 국내외관련기술현황제 장 국내외관련기술현황2222

제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황제 절 국내외 관련기술 현황1111

국내의 경우 한국지질자원연구소에서는 귀금속인 금 은의 분리 회수에 대한 연구, ,

를 년에 걸쳐 수행하였으며 폐기물 및 원료물질로부터 금의 침출 회수에 대한 기5 ,

술을 축적 하였으며 반도체용 고순도 금의 환원에 대한 화학적 및 전기화학적 방법

을 이용한 고순도화 연구를 수행하여 기술이전을 실시하여 상용화하여 으며 서울UT

대학교에서는 전자산업 폐기물로부터 금을 침출하여 직접 회수하는 전해채취에 대

한 연구를 년에 걸쳐 수행하였으며 전기화학적 반응규명에 관련한 연구를 진행하3

고 있다 또한 국내에서는 반도체용 제조를 위한 고순도 금을 연간 톤. gold wire 20

생산하고 있으나 정련시간이 장시간 소요되어 원자재에 대한 금리 부담비용이 높고

에너지 소모량이 많아 새로운 정련공정의 개발이 시급함

한편 왹국의 경우외국의 고순도 백금정련 기술체인 에서는, Johson Mattey, Tanaka

염소화법과 전해정련법을 병용하여 고순도 백금을 생산하고 있다 즉 백금 스크랲. ,

을 용융한 후 용융상태에서 염소가스를 주입하여 불순물을 차로 제거하고 이 용융1

물을 물속에 일정속도로 투하하여 입상 또는 분산으로 제조하여 이를 티타늄 바스

켓에 장입 양극으로 사용하는 전해정련 공정을 적용하고 있으나 고순도 백금의 정,

련기술은 해외 기술보유업체에서 자국의 기술우위 및 수출물량 확보를 위한 기술이

전 기피로 현재 기술의 도입이 불가능한 실정이다.

제 절 귀금속의 정련기술 조사제 절 귀금속의 정련기술 조사제 절 귀금속의 정련기술 조사제 절 귀금속의 정련기술 조사2222

백금 스크랲으로부터 백금을 회수 정련하기 위해 적용하고 있는 공정법으로는 촉,

매기지의 용해와 백금족 금속촉매를 용해시키는 습식야금공정 플라즈마로에서 용,

융시키는 플라즈마 용융과 구리포집법을 이용한 건식야금공정 기상휘발공정과 분,

리법을 이용한 습건식야금공정등이 있다 또한 백금족 금속을 회수하기 위한 방법.

으로는 황화물 침전법 세멘테이션법 전해에 의한 환원 이온화 경향(cementation), ,

의 차이를 이용한 방법들이 사용되고 있다.

습식정련 기술습식정련 기술습식정련 기술습식정련 기술1.1.1.1.

- 19 -

습식야금법은 백금 스크랲을 HCl/Cl2 또는 왕수(HCl:HNO3 로 염화물의 형태로=3;1)

용해하여 분리 회수하는 방법으로 이다 이 방법은 회수율이 높아 가장 많이 적용, .

되어 왔으며 으나 이들 용매를 사용할 경 과다한 용매가 소비된다 백금만 용해시, .

키는 경우에는 염산과 산화제를 사용하며 산화제로는 주로 염소가스와 질산이 가장

많이 이용되고 있으며 이 경우 백금은 염화착체를 형성한다 시아나이드를 착체를, .

형성하게 하기 위해 시아나이드 용액을 사용하기도 한다 또 왕수나 시아나이드 용. ,

액을 사용하지 않고 산소와 암모늄 설페이트 염화암모늄 등 암모늄 이온의 존재하, ,

에 할로겐 염으로 추출하는 방법도 있다 정제는 용해된 백금착물을 회수하는 단계.

로서 침전에 의한 정제 양이온 교환에 의한 투석 흡착제에 의한 흡착 용매추출에, , ,

의한 정제 및 전기분해에 의한 정제 등으로 구분되며 가장 일반적으로는 염화암모,

늄의 부가에 의한 침전 형성에 의한 정제가 이용된다 분리는 백금족 원소들끼리의.

분리를 위한 것으로 크로마토그래피에 의한 분리가 가장 일반적으로 사용된다 기, .

타 로듐만을 회수 및 정제하기 위한 기술 또 백금과 팔라듐을 분리하기 위한 기술,

등으로 구분되어 있으며 기타 습식중량법에 의한 분리 기체상에서 크로마토그래피, ,

하는 방법 등이 알려져 있다.

건식정련 기술건식정련 기술건식정련 기술건식정련 기술2.2.2.2.

건식정련 기술은 백금 스크랲을 고온으로 가열하여 백금족 원소를 용융시켜 슬래그

로 분리하는 정련방법이다 따라서 백금 스크랲을 백금족 원소의 용융점 배금. , ( :

로듐 팔라듐 이상으로 가열하여야 하며 전기로 아크로1774 , :1996 , :1550 ) , ,℃ ℃ ℃

또는 고온 유도 플라즈마 등이 그 가열 수단으로 사용된다 이 방법은 습식정련법.

에 비하여 처리속도가 빠르고점에 있어서는 더 경제적이지만 에너지 효율이 매우

나쁘다는 단점도 가지고 있다 뿐만 아니라 백금족 원소의 일부가 담체 상에 용융. ,

되어 남아 있기 때문에 회수율이 낮은 문제점을 가지고 있다.

습 건식 정련기술습 건식 정련기술습 건식 정련기술습 건식 정련기술3. .3. .3. .3. .

습 건식 정련기술은 산화 구리광석 또는 산화니켈광석에서 석탄으로 환원시키면서.

염화제를 사용한 여러 단계를 거쳐 용융온도보다 낮은 온도에서 금속성분을 선택적

으로 환원시켜서 이 추출금속이 원래의 실리케이트 광석의 부분에서 탄소주위로,

분리되어 나오는 것을 이용한 것으로 구리나 니켈의 정제에 상용화된 바 있다.

- 20 -

귀금속의 분석기술귀금속의 분석기술귀금속의 분석기술귀금속의 분석기술4.4.4.4.

백금족 금속에 대한 분석목표는 가장 빠르고 정확하며 재현성이 좋은 분석장비를

이용하여 정확한 분석결과를 얻는 것이 가장 중요하며 특히 이들 백금족 금속원소

들에 대한 정확한 분석결과에 대한 중요성이 증대되고 있으나 신속하고 정확하게

이들 원소들을 정량화하기 위한 방법이 확립되어 있지 못한 실정이다 현재까지 알.

려진 이들 백금족 금속원소들의 정량방법으로는 건식시금법 중량분석법 분광광도, ,

법 전해분석법을 이용하는 화학분석법과 선 형광법 원자흡광광도법 발광광도, X- , ,

법 중성자 분석법 를 이용한 기기분석법이 있다, , polarograph .

제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술제 절 귀금속 정제에 대한 특허기술3333

기술분류 체계에 따른 특허기술기술분류 체계에 따른 특허기술기술분류 체계에 따른 특허기술기술분류 체계에 따른 특허기술1.1.1.1.

고순도 귀금속을 정련하는 귀금속 정련기술은 건식 정련기술과 습식 정련기술 등이

있으며 특허가 가장 많이 출원되고 있는 분야는 습식 정련기술과 백금족 금속을,

각각의 단일 금속으로 분리하는 분리기술에 관한 것이다.

습식 정련기술은 백금 스크랲 중에 함유되어 있는 백금과 같은 백금족 원소를 염산

에 산화제와 함께 용해하여 염화물의 형태로 회수하는 방법이다 습식 정련기술 중.

용해공정에서 염산과 함께 사용되는 산화제로는 질산 염소가스NaClO3, NaOCl, ,

등이 사용된다 용해 후 정제 기술에는 화학적 침전에 의한 정제기술 용매 추출에. ,

의한 정제기술 및 전기분해에 의한 석출 기술 등이 있다, .

화학적 침전에는 주로 염화암모늄 등이 사용되고 그 반응은 다음과 같아

H2PtCl6 + 2NH4Cl (NH4)2PtCl2+ 2HCL→

용매 추출에는 유기 설파이드나 히드록시 옥심과 같은 시약들이 사용된다.

귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허출원 분포귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허출원 분포귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허출원 분포귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허출원 분포2. ,2. ,2. ,2. ,

그림 은 귀금속 회수 정련기술의 국가별 특허출원 분포를 나타낸 것이다 폐촉매2-1 , .

로부터 귀금속회수 기술의 전체 검색건수는 건으로 국내는 건 일본 건 미국461 22 , 239 ,

건 유럽 건으로 이 기술 분야에서는 일본과 미국이 강세를 나타내고 있다 유럽157 , 43 , .

의 경우 상대적으로 이 분야의 출원 건수가 적은 편이며 우리나라의 경우상당수의 외,

국인 출원도 포함한 것을 감안하면 이 분야의 기술력은 아직 매우 미비한 것으로 보인

다.

- 21 -

그림 귀금속회수 정제기술에 관한 국가별 특허출원 분포그림 귀금속회수 정제기술에 관한 국가별 특허출원 분포그림 귀금속회수 정제기술에 관한 국가별 특허출원 분포그림 귀금속회수 정제기술에 관한 국가별 특허출원 분포2-1. ,2-1. ,2-1. ,2-1. ,

귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허기술귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허기술귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허기술귀금속회수 정제에 관한 국가별 특허기술3. ,3. ,3. ,3. ,

가 일본의 특허기술가 일본의 특허기술가 일본의 특허기술가 일본의 특허기술....

일본의 연도별 특허출원 건수일본의 연도별 특허출원 건수일본의 연도별 특허출원 건수일본의 연도별 특허출원 건수(1)(1)(1)(1)

그림 는 일본의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 연도별 출원건수를 나타낸 것이다2-2 , .

년대 후분에서 년대 걸쳐 가장 많은 특허가 출원되었음을 알 수 있으며1980 1990 ,

년에 다시 증가세를 나타내고 있다 그러나 년대의 출원건수에는 미치지 못2000 . , 1990

하고 있다.

- 22 -

그림 일본의 연도별 특허출원 건수그림 일본의 연도별 특허출원 건수그림 일본의 연도별 특허출원 건수그림 일본의 연도별 특허출원 건수2-2.2-2.2-2.2-2.

일본의 특허출원인 분포일본의 특허출원인 분포일본의 특허출원인 분포일본의 특허출원인 분포(2)(2)(2)(2)

그림 은 일본의 회수 정제기술에 관한 특허출원인 분포를 나타낸 것이다 다나카2-3 , .

귀금속공업의 출원이 가장 많으며 일본 뿐만 아니라 전체적으로도 가장 많은 기술을,

보유하고 있으며 년대부터 현재에 이르기까지 지속적인 출원을 하고 있다 그 다1970 .

음이 스미토모 금속광산과 미쯔비시 계열의 화학회사들이며 일본 금속광산과 닛산 자,

동차의 특허출원도 나타난다.

일본의 주요기술의 특허출원 분포일본의 주요기술의 특허출원 분포일본의 주요기술의 특허출원 분포일본의 주요기술의 특허출원 분포(3)(3)(3)(3)

그림 는 일본의 회수 정제기술에 관한 주요기술의 특허출원에 분포를 나타낸 것2.-4 ,

이다 그림에서 알 수 있듯이 일본의 경우 다른 나라에 비해 상대적으로 기상환원의. ,

비율이 높은 평이고 습식 공정에서 금속의 용리 정제 분리에 고른 분포를 나타내고, ,

있으며 건식 야금은 비교적 낮은 비율을 차지하고 있다, .

- 23 -

그림 일본의 특허출원인별 분포그림 일본의 특허출원인별 분포그림 일본의 특허출원인별 분포그림 일본의 특허출원인별 분포2-32-32-32-3

그림 일본의 주요기술의 특허출원 분포그림 일본의 주요기술의 특허출원 분포그림 일본의 주요기술의 특허출원 분포그림 일본의 주요기술의 특허출원 분포2-42-42-42-4

- 24 -

나 미국의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 특허기술나 미국의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 특허기술나 미국의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 특허기술나 미국의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 특허기술. ,. ,. ,. ,

미국의 연도별 특허출원 건수미국의 연도별 특허출원 건수미국의 연도별 특허출원 건수미국의 연도별 특허출원 건수(1)(1)(1)(1)

그림 는 미국의 귀금속 회수 정제 기술에 관한 연도별 출원건수를 나타낸 것이다2-5 , .

미국에서는 년대 이전부터 출원이 시작되었으며 이후 큰 증가 감소 없이 꾸준히1970 ,

출원이 증가하다가 년대 들어서 급격한 증가를 나타내기 시작한다2000 .

미국의 특허출원인 분포미국의 특허출원인 분포미국의 특허출원인 분포미국의 특허출원인 분포(2)(2)(2)(2)

그림 은 회수 정제기술에 관한 특허출원인 분포를 나타낸 것이다2-6 , . Mattey

등의 전통적인 귀금속Rustenburg, Refiner, Engelhard, Degussa, Johnson mattey

정련 회사들의 출원이 많고 롱프랑이나 듀퐁 흭스트 등 화학회사들의 특출원이 나타, ,

나고 있다.

미국의 주요기술의 특허출원분포미국의 주요기술의 특허출원분포미국의 주요기술의 특허출원분포미국의 주요기술의 특허출원분포(3)(3)(3)(3)

그림 은 미국의 회수 정제기술에 관한 주요기술의 특허출원 분포를 나타낸 것이2-7 ,

다 그림에서 알 수 있는 바와 같이 미국의 경우는 분리 및 정제와 관련된 기술이 대부.

분을 차지하고 있으며 상대적으로 전 처리와 용리 기술의 출원건수가 적었다 건식야, .

금의 비중은 높은 편이고 기상환원은 비교적 적은 비율을 차지하고 있다.

그림 미국의 연도별 특허출원 건수그림 미국의 연도별 특허출원 건수그림 미국의 연도별 특허출원 건수그림 미국의 연도별 특허출원 건수2-5.2-5.2-5.2-5.

- 25 -

그림 미국의 특허출원인 분포그림 미국의 특허출원인 분포그림 미국의 특허출원인 분포그림 미국의 특허출원인 분포2-6.2-6.2-6.2-6.

그림 미국의 주요기술의 특허출원 분포그림 미국의 주요기술의 특허출원 분포그림 미국의 주요기술의 특허출원 분포그림 미국의 주요기술의 특허출원 분포2-7.2-7.2-7.2-7.

- 26 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사제 절 의 전기화학적 특성조사1 Au, Pd1 Au, Pd1 Au, Pd1 Au, Pd

본 실험에서는 를 대상으로 염산용액 중에서 전기화학적 거동을 조사하Au, Pd, Fe, Cu

였다 특히 와 는 와 같은 전자재료에서 합금상태로 사용되는 경우가. , Au Pd gold wire

많아 와 가 공존하는 혼합용액을 제조하여 전압 전류법 및, Au Pd Voltammetry ( - )

순환전압 전류법 등에 의해 염산용액 중에서의 및 의 전Cyclic Voltammetry ( - ) Au Pd

기화학적 거동을 조사하였다.

실험방법 및 장치실험방법 및 장치실험방법 및 장치실험방법 및 장치1.1.1.1.

가 염화금산 및 염화팔라듐산 용액의 제조가 염화금산 및 염화팔라듐산 용액의 제조가 염화금산 및 염화팔라듐산 용액의 제조가 염화금산 및 염화팔라듐산 용액의 제조....

고순도 및 파라듐 분말 을 일정량 평취하여 왕수에 용해한 후 질산을 제거하(99.99%) ,

기 위하여 약 의 온도에서 증발 건고하였다 건고한 고상의 염화금산을 다시 염80 .℃ ㆍ

산에 다시 용해하고 증발 건고하여 순수한 염화금산을 제조하였다 이렇게 얻은 염화.ㆍ

금산에 증류수를 가하여 소정농도의 염화금산 용액을 제조하였다.

나 전해실험 및 전해액 제조나 전해실험 및 전해액 제조나 전해실험 및 전해액 제조나 전해실험 및 전해액 제조....

전해장치로는 미국의 사의 모델 를 사용하였다EG&G 263A Potentiostat/Galvanostat .

그림 에는 본 실험에서 사용한 전해조의 개략도를 나타내었고 그림 는3-1 , 3-2

의 사진이다 본 실험에서는 의 환원석출 거Potentiostat/Galvanostat . Au, Pd, Cu, Fe

동을 관찰하기 위하여 작업전극 으로 회전판전극(working electrode) (Rotating Disk

을 이용하였으며 참조전극 에는 전극을 사용Electrode) , (reference electrode) Ag/AgCl

하였고 대전극 에는 백금선을 이용하였다 전해용액의 귀금속 농, (counter electrode) .

도는 으로 하였고 상온 에서 전해실험을 행하였다 모든 전해100ppm~500ppm , (25 ) .℃

용액에는 의 용액과 전해질로서는 의 을 첨가하였다0.1M/ HCl 0.1M/ NaCl .ℓ ℓ

- 27 -

RE : Reference Electrode CE: CounterRE : Reference Electrode CE: CounterRE : Reference Electrode CE: CounterRE : Reference Electrode CE: Counter

ElectrodeElectrodeElectrodeElectrode

RDE: Rotating Disk ElectrodeRDE: Rotating Disk ElectrodeRDE: Rotating Disk ElectrodeRDE: Rotating Disk Electrode

그림 전해조의 개략도그림 전해조의 개략도그림 전해조의 개략도그림 전해조의 개략도3-1.3-1.3-1.3-1.

- 28 -

3-2. Potentiostat/Galvanostat3-2. Potentiostat/Galvanostat3-2. Potentiostat/Galvanostat3-2. Potentiostat/Galvanostat

- 29 -

전해실험을 시작하기 전에 용존산소를 제거하기 위해 고순도의 질소가스를 약 시간1

투입하였다 전해조의 용적은 이고 전해용액의 용량은 로 하였다 전해실. 100 , 100 .㎖ ㎖

험시 전위주사속도는 로 행하였다20mV/s .

이온을 함유한 전해용액 제조에는 특급시약 를 사용하였고 이온Fe FeCl3 6H2O( ) , Cuㆍ

을 함유한 전해용액 제조에는 특급시약 를 사용하였다CuCl2 2H2O( ) .ㆍ

실험 결과 및 고찰실험 결과 및 고찰실험 결과 및 고찰실험 결과 및 고찰2.2.2.2.

가 전기화학 반응의 기초실험가 전기화학 반응의 기초실험가 전기화학 반응의 기초실험가 전기화학 반응의 기초실험....

전압 전류 곡선과 용존산소의 영향전압 전류 곡선과 용존산소의 영향전압 전류 곡선과 용존산소의 영향전압 전류 곡선과 용존산소의 영향(1) -(1) -(1) -(1) -

본 실험에서는 정지상태의 염화금산 전해욕과 희전 전극판을 작업적극으로 사용한 유,

동 전해욕에서의 전압 전류곡선을 조사하였다 또한 염화금산 용액의 전기분해 실험에- .

서 용액 중의 용존산소가 전압 전류 곡선 에 미치는 영향을 조사하기, - (Voltammogram)

위하여 전해전압을 에서 까지 음의 방향으로 주사하면서 전류변화를 측정, 1.5V -1.4V

하였다.

정지 전해욕정지 전해욕정지 전해욕정지 전해욕①①①①

그림 은 인 용액을 이용하여 정지상태의 전해욕에서 얻어진 전압 전3-3 HAuCl4 1g/ -ℓ

류 곡선 을 나타내고 있다 그림 의 는 염화금산 용액 중의 용존(Voltammogram) . 3-3 (a)

산소를 제거하기 전의 전압 전류 곡선이고 는 고순도 질소를 염화금산 용액에- , (b) 30

분간 투입한 후 전해 실험을 행하여 얻은 전압 전류 곡선이다 그림에서 알 수 있듯이- .

약 까지는 용액 중 용존산소의 영향을 거의 받지 않으나 에서-30mV , -30mV -800mV

의 범위에서 용존산소의 환원에 의한 전류의 상승 현상을 나타내었다.

정지 전해욕에서 염화금산 용액 중 금의 환원 전위 는 약 이고 환원한계전류(pr) 860mV ,

은 에서 나타났다 그리고 에서 전류가 급상승하는 이유는 수소(ipeak) 620mV . -56mV

의 환원에 기인한 것이다.

희전전극 전해욕희전전극 전해욕희전전극 전해욕희전전극 전해욕②②②②

그림 는 인 전해 용액을 희전전극으로 강제 대류 시키면서 얻은 전압3-4 HAuCl4 1g/ -ℓ

전류 곡선 을 나타내고 있다(Voltammogram) .

- 30 -

산소투입 전산소투입 전산소투입 전산소투입 전a:a:a:a: 분간 산소 투입분간 산소 투입분간 산소 투입분간 산소 투입b; 30b; 30b; 30b; 30

그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의3-3. Voltammogram3-3. Voltammogram3-3. Voltammogram3-3. Voltammogram

- 31 -

회전극의 회전속도는 으로 하였다 그림 의 는 염화금산 용액 중의 용존200rpm . 3-4 (a)

산소를 제거하기 전의 전압 전류 곡선이고 는 고순도 질소를 염화금산 용액에- , (b) 30

분간 투입한 후 전해실험을 행하여 얻은 전압 전류 곡선이다 그림에서 알 수 있듯이- .

약 까지는 용액 중 용존산소의 영향을 거의 받지 않으나 에서-190mV , -190mV

의 범위에서 용존산소의 환원에 의한 전류의 상승 현상을 나타내었다-900mV .

이상의 전위범위에서 전류가 급격히 상승하는 것은 수소이온의 환원에 기인-800mV

하는 것이다 정지요과 비교하여 용존산소의 환원전위는 음의 방향으로 이동하여 있음.

을 알 수 있다 따라서 희전전극판을 이용한 염화금산 용액의 확산한계전류 의. , (imax)

측정 전위은 를 넘지 않아야 할 것으로 생각된다-100mV .

희전전극을 이용한 염화금산 용액의 전해시 금의 환원전위 는 약 이고 확산(pr) 920mV ,

한계전류 는 약 였다 정지욕의 환원전위 환원한계전류에서의 전위 및 산(imax) 460mV . ,

소의 환원전위와 비교하여 금의 환원전위는 약 양의 방향으로 이동되었고 확산, 40mV ,

한계전류를 나타내는 전위와 산소환원전위는 약 정도 음의 방향으로 이동되-160mV

어 있었다 이러한 현상은 음극표면에 금 이온의 농도에 기인하는 것으로 전극의 회전. ,

에 의하여 음극표면에 금 이온의 확산이 원활하게 되어 금의 환원전위는 양의 방향으

로 이동하고 또한 음극표면에 금 이온의 공급이 지속적으로 이루어질 수 있기 때문에, ,

정지욕의 최대전류값보다 높은 전류값에서 확산한계전류 를 나타내는 것으로 생(imax)

각된다.

순환 전압전류법순환 전압전류법순환 전압전류법순환 전압전류법(2) (Cyclic Voltammetry)(2) (Cyclic Voltammetry)(2) (Cyclic Voltammetry)(2) (Cyclic Voltammetry)

염화금산 용액의 전기화학반응이 가역적 반응인지 비가역적 반응인지를 확인하기 위

하여 정지 전해욕에서 를 행하였다 염화금산 용액 중 양극과 음극Cyclic Voltammetry .

표면에서 금의 산화 환원반응은 다음과 같다.ㆍ

음극반응 : AuCl4 + 3 e- = Au + 4Cl- (1)

AuCl2 + e- = Au + 2Cl- (2)

양극반응 : H2O = 2H+ + 1/2O2 + 2 e- (3)

그림 는 정지 전해욕에서 관찰한 순환 전압 전류 곡선 이다3-5 - (Cyclic Voltammetry) .

사용된 염화금산 용액의 농도는 였다 본 실험에서는 환원한계전류 와AuCl4 1g/ . (iPr)ℓ

산화한계전류 가 각각 와 부근에서 뚜렷이 관찰되었으며 이 사실로부터(iPo) 0.6V 1.1V ,

염화금산 용액의 전기화학반응은 식 또는 식 에 따라 가역적으로 진행됨을 확인(1) (2)

할 수 있었다.

- 32 -

산소투입 전산소투입 전산소투입 전산소투입 전a:a:a:a: 분간 산소 투입분간 산소 투입분간 산소 투입분간 산소 투입b; 30b; 30b; 30b; 30

그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의그림 정지욕에서의3-4. Voltammogram3-4. Voltammogram3-4. Voltammogram3-4. Voltammogram

- 33 -

정지 전해욕에서의정지 전해욕에서의정지 전해욕에서의정지 전해욕에서의3-5. Cyclic Voltammetry3-5. Cyclic Voltammetry3-5. Cyclic Voltammetry3-5. Cyclic Voltammetry

- 34 -

한편 산화 환원반응의 반응속도는 산화 환원반응의 곡선 기울기로부터 알 수 있는,

데 본 실험에서는 산화반응이 반응속도보다는 환원반응의 반응속도가 더 빠른 것,

으로 나타났다 그리고 산화반응은 단계로 진행되는 것으로 생각되며 단계의 산. , 2 , 1

화반응은 느리게 진행되다가 단계에 이르면 산화반응은 급격히 진행되었다 본 실2 .

험에서 금의 환원전위 는 이고 산화전위 는 임을 알 수 있었(pr) 860mV , (po) 570mV

다.

정전류 전해실험정전류 전해실험정전류 전해실험정전류 전해실험(3)(3)(3)(3)

음극 표면의 전극 반응 거동을 관찰하기 위하여 일정한 전류에서 시간에 따른 환,

원전위의 변화를 관찰하였다 전해실험은 정지욕에서 수행하였고 사용한 전해 용액. ,

의 염화금산 농도는 이었으며 통전시간은 초로 하였다 환원전류는1.0g/ , 10 . 20ℓ ㎂

에서 까지 변화시켰다 그림 는 본 실험의 결과를 나타내고 있다 앞의 실120 . 3-6 .㎂

험에서 얻어진 금의 환원한계전류 약 보다 낮은 의 전류를 통전하(ipeak) 70 20㎂ ㎂

였을 때에 환원전우는 거의 일정하게 유지되었다 그러나 금의 환원한계전류보다, .

높은 환원전류에서는 환원전위 값이 감소하였다 그리고 환원전류 값이 증가할수록. ,

금의 환원 반응속도는 빨라지고 동시에 환원전위의 감소율도 현저히 증가하였다, .

환원전류를 로 정전류 전해실험을 행할 경우 그림에서 알 수 있듯이 통전시120 ,㎂

간 초 정도부터 환원전위는 급속히 감소하였다 이것은 음극 전극에 높은 환원전3 .

류를 흘려주게 되면 전극 표면 주위의 금 이온은 모두 환원되어 금 이온 농도가, 0

으로 되는 것을 의미하는데 이러한 현상을 방지하고 전해효율을 높이기 위해서는,

전해 용액의 강제 대류가 요구된다.

나 단독 금속이온 전해욕의 전기화학적 거동나 단독 금속이온 전해욕의 전기화학적 거동나 단독 금속이온 전해욕의 전기화학적 거동나 단독 금속이온 전해욕의 전기화학적 거동....

본 실험에서는 이온이 각각 단독으로 존재하는 전해욕에 대하여, Au, Pd, Fe, Cu ,

정지상태 및 유동상태에서 금속이온의 환원전위 환원한계전류 확산한계(EPr), (iPc),

전류 확산계수 를 조사하기 위하여 실험을 행하였다(iL), (D) Voltammetry .

전해욕전해욕전해욕전해욕(1) Au(1) Au(1) Au(1) Au

그림 은 이온 농도가 인 전해용액을 이용하여 정지상태의3-7 Au 100ppm~500ppm

전해욕에서 얻어진 전압 전류 곡선 을 나타내고 있다- (Voltammogram) .

- 35 -

a: 20 b: 80 c: 100 d: 200a: 20 b: 80 c: 100 d: 200a: 20 b: 80 c: 100 d: 200a: 20 b: 80 c: 100 d: 200㎂ ㎂ ㎂ ㎂㎂ ㎂ ㎂ ㎂㎂ ㎂ ㎂ ㎂㎂ ㎂ ㎂ ㎂

정전류 전해에 있어서 전우의 시간변화정전류 전해에 있어서 전우의 시간변화정전류 전해에 있어서 전우의 시간변화정전류 전해에 있어서 전우의 시간변화3-6.3-6.3-6.3-6.

- 36 -

그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별3-7. Au Voltammogram3-7. Au Voltammogram3-7. Au Voltammogram3-7. Au Voltammogram

- 37 -

정지 전해욕에서 염화금산 수용액 중 금의 환원전위 는 약 이었고 환원(EPr) 800mV ,

한계전류 에 도달되는 전위 값은 약 이었다 금의 환원전위 및 환원한계(iPc) 470mV .

전류의 전위 값은 전해용액 중의 농도에 관계없이 거의 일정한 값을 나타내었Au

다 그림 은 전해용액 중 의 농도 증가에 따른 환원한계전류 의 변화값을. 3-8 Au (iPc)

나타낸 것인데 그림에서 알 수 있듯이 정비례의 관계가 있음을 확인할 수 있었다, .

그림 는 이온 농도가 인 전해 용액을 회전판 전극으로 강3-9 Au 100ppm~500ppm

제 대류 시키면서 얻은 전압 전류 곡선이다 이때 전극의 회전속도는 으로- . 2000rpm

하였다 회전판 전극을 이용한 염화금산 용액의 금의 환원전위 는 약 로. (EPr) 800mV

정지욕에서의 환원전위와 일치하였다 확산한계전류 에 도달되는 전위 값은 금의. (iL)

이온농도가 인 경우에는 약 이었고 전해용액 중의 금이온 농도가100ppm 310mV ,

증가함에 따라 음의 방향으로 이동하여 이온 농도가 인 경우에 약Au 500ppm

가 되었다 또한 전해과정에서 이온의 이동속도는 정도에서 급200mV . , Au 300ppm

격히 상승하고 있음을 보여 주고 있다 그림 은 전해용액 중 의 농도 증가. 3-10 Au

에 따른 확산한계전류 의 변화 값을 나타낸 것으로 정지욕에서의 결과와 마찬가(iL) ,

지로 거의 정비례의 관계를 보였다.

그림 은 의 농도가 인 회전 전해욕에서 이온의 확산계수를 얻기3-11 Au 300ppm Au

위하여 전극의 회전속도를 에서 까지 증가시키면서 전류 전압 곡200rpm 2000rpm -

선을 측정한 결과이다 이 결과에서 얻은 확산한계전류 와 회전판 전극의 각속도. (iL)

와의 관계는 에 나타내었다 각속도와 확산한계전류는 정비례의 관계를 나( ) 3-12 .ω

타내었고 이 직선의 기울기로부터 회전 전해욕에서 이온의 확산계수 는, Au (DAu)

를 보였다2.71cm/s .

염화금산 용액의 전기화학반응이 가역적 반응인지 비가역적 반응인지를 확인하기

위하여 정지 전해욕에서 를 행하였다 그림 은 정지 전해Cyclic Voltammetry . 3-13

욕에서 관찰한 순환 전압 전류 곡선 이다 사용된 전해액의- (Cyclic Voltammogram) .

금이온 농도는 이었다 본 실험에서는 환원한계전류 와 산화한계전류300ppm . (iPr)

가 각각 와 부근에서 뚜렷이 관찰되었으며 이 사실로부터 염화금(iPo) 0.45V 1.0V ,

산 용액의 전기화학반응은 가역적으로 진행됨을 확인할 수 있었다.

한편 산화 환원반응의 반응속도는 산화 환원반응의 곡선 기울기로부터 알 수 있는,

데 본 실험에서는 산화반응의 반응속도보다는 환원반응의 반응속도가 더 빠른 것,

으로 나타났다 그리고 산화반응은 단계로 진행되는 것으로 생각되며 단계의 산. , 2 , 1

화반응은 느리게 진행되다가 단계에 이르면 산화반응은 급격히 진행되었다2 .

- 38 -

그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와3-8. Au i3-8. Au i3-8. Au i3-8. Au iDCDCDCDC의 관계의 관계의 관계의 관계

- 39 -

그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별3-9. Au Voltammogram (2000rpm)3-9. Au Voltammogram (2000rpm)3-9. Au Voltammogram (2000rpm)3-9. Au Voltammogram (2000rpm)

- 40 -

그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와3-10. Au i3-10. Au i3-10. Au i3-10. Au iDCDCDCDC의 관계의 관계의 관계의 관계

- 41 -

그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별3-11. Au Voltammogram (Au 300ppm)3-11. Au Voltammogram (Au 300ppm)3-11. Au Voltammogram (Au 300ppm)3-11. Au Voltammogram (Au 300ppm)

- 42 -

그림 전해욕에서 회전전극의 각속도와 의 관계그림 전해욕에서 회전전극의 각속도와 의 관계그림 전해욕에서 회전전극의 각속도와 의 관계그림 전해욕에서 회전전극의 각속도와 의 관계3-12. Au iL3-12. Au iL3-12. Au iL3-12. Au iL

- 43 -

그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의3-13. Au 300ppm Cyclic Voltammogram3-13. Au 300ppm Cyclic Voltammogram3-13. Au 300ppm Cyclic Voltammogram3-13. Au 300ppm Cyclic Voltammogram

- 44 -

전해욕전해욕전해욕전해욕(2) Pd(2) Pd(2) Pd(2) Pd

그림 는 이온 농도가 인 전해용액을 이용하여 정지상태3-14 Pd 100ppm~400ppm

의 전해욕에서 얻어진 전압 전류 곡선 을 나타내고 있다 정지 전- (Voltammogram) .

해욕에서 염화파라듐산 수용액 중의 의 환원전위 는 약 이고 환원한Pd (EPr) 500mV ,

계전류 에 도달되는 전위 값은 약 에서 나타났다 의 환원전위 및 환(iPc) 150mV . Pd

원한계전류의 전위값은 전해용액 중의 농도에 관계없이 거의 일정한 값을 나타Pd

내었다 그림 는 전해용액 중 의 농도 증가에 따른 환원한계전류 의 변. 3-15 Au (iPc)

화값을 나타낸 것인데 이 결과로부터 수용액 중 의 농도와 환원한계전류 는, Au (iPc)

정비례의 관계가 있음을 알 수 있었다.

그림 은 이온 농도가 인 전해 용액을 회전판 전극으로3-16 Pd 100ppm~400ppm

강제 대류시키면서 얻은 전압 전류 곡선을 나타낸 것이다 이때 전극의 회전속도는- .

으로 하였다 회전판 전극을 이용한 염화파라듐산 용액의 전해시 의 환2000rpm . Pd

원전위 는 약 로 정지욕에서의 환원전위와 일치하였으며 확산한계전류(EPr) 500mV ,

에 도달되는 전위 값은 의 이온농도가 증가함에 따라 음의 방향으로 이동하(iL) Pd

고 있으나 명확한 값을 읽기가 어려웠다 그러나 염화금산 수용액에서와 마차가지. ,

로 전해과정에서 이온의 이동속도는 전해용액 중 의 농도가 확산한Pd Pd 300ppm

계전류 의 변화는 역시 정비례의 관계를 나타내었다 그림(iL) ( 3-17).

그림 은 의 농도가 인 회전 전해욕에서 이온의 확산계수를 얻기3-18 Pd 300ppm Pd

위하여 회전판 전극의 회전속도를 에서 까지 증가시키면서 전류, 200rpm 2000rpm -

전압 곡선을 측정한 결과이다 이 결과에서 얻은 확산한계전류 와 회전판 전극의. (iL)

각속도 와의 관계는 그림 에 나타내었다 각속도와 확산한계전류는 거의 정( ) 3-19 .ω

비례의 관계를 나타내었고 이 직선의 기울기로는 회전 전해욕에서 이온의 확산, Au

계수 는 로 보다는 낮은 값을 보였다(DPd) 1.17cm/s Au .

다음은 이온 농도가 인 전해용액에 대하여 염화파라듐산 용액의 전기Pd 300ppm ,

화학반응이 가역적 반응인지 비가역적 반응인지를 확인하기 위하여 정지 전해욕에

서 를 행한 결과이다 그림 환원한계전류 와 산화한계Cyclic Voltammetry ( 3-20). (iPr)

전류 가 각각 와 부근에서 뚜렷이 관찰되었으며 이값은 염화금산용액(iPo) 0.1V 0.6V

과 비교하여 상당히 음의 방향으로 이동되어 있음을 알 수 있다 이 실험결과로부.

터 염화파라듐산 용액의 전기화학반응은 가역적으로 진행됨을 확인할 수 있었다.

또한 본 실험에서도 파라듐의 산화반응의 반응속도보다는 환원반응의 반응속도가,

더 빠른 것으로 나타났다.

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그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별그림 정지 전해욕에서 농도별3-14. Pd Voltammogram3-14. Pd Voltammogram3-14. Pd Voltammogram3-14. Pd Voltammogram

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그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와그림 정지 전해욕에서 농도와3-15. Pd i3-15. Pd i3-15. Pd i3-15. Pd iDCDCDCDC의 관계의 관계의 관계의 관계

- 47 -

그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별그림 회전전극 전해욕에서 농도별3-16. Pd Voltammogram3-16. Pd Voltammogram3-16. Pd Voltammogram3-16. Pd Voltammogram

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그림 회전전극 전해욕에서 농도와그림 회전전극 전해욕에서 농도와그림 회전전극 전해욕에서 농도와그림 회전전극 전해욕에서 농도와3-17. Pd i3-17. Pd i3-17. Pd i3-17. Pd iDCDCDCDC의 관계의 관계의 관계의 관계

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그림 회전전극의 회전수 변화에 따른그림 회전전극의 회전수 변화에 따른그림 회전전극의 회전수 변화에 따른그림 회전전극의 회전수 변화에 따른3-18. Voltammogram (Pd 300ppm)3-18. Voltammogram (Pd 300ppm)3-18. Voltammogram (Pd 300ppm)3-18. Voltammogram (Pd 300ppm)

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그림 전해욕에서 회전전극 각속도와그림 전해욕에서 회전전극 각속도와그림 전해욕에서 회전전극 각속도와그림 전해욕에서 회전전극 각속도와3-19. Pd i3-19. Pd i3-19. Pd i3-19. Pd iLLLL의 관계의 관계의 관계의 관계

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그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의그림 정지 전해욕에서 용액의3-20. Pd 300ppm Cyclic Voltammogram3-20. Pd 300ppm Cyclic Voltammogram3-20. Pd 300ppm Cyclic Voltammogram3-20. Pd 300ppm Cyclic Voltammogram

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산화반응은 단계로 진행되는 것으로 생각되며 단계의 산화반응은 느리게 진행되3 , 1

다가 단계에 이르면 산화반응은 급격히 진행되고 단계에서는 다시 반응속도가 느2 3

려지는 것으로 나타났다 그림 과 는 전해용액중의 용존산소가 파라듐의 전. 3-21 22

기화학반응에 미치는 영향을 조사한 결과이다 정지 전해욕의 경우 파라듐의 환원. ,

한계전류를 나타내는 부근에서부터 용존산소의 영향이 나타나고 있음을 알160mV

수 있으며 이러한 영향은 전위가 음의 방향으로 갈수록 증가하였다 회전전극 전해, .

욕의 경우에는 용존산소의 영향이 더 높은 전위에서부터 보이기 시작하였다 즉 용. ,

존산소의 영향에 의하여 약 부근에서부터 전류값이 실제의 값보다 상승되350mV

어 있음을 알 수 있다.

전해욕전해욕전해욕전해욕(3) Fe(3) Fe(3) Fe(3) Fe

그림 은 이온 농도가 인 전해용액을 이용하여 정지상태의 전해욕3-23 Fe 300ppm

에서 얻어진 전압 전류 곡선 을 나타내고 있다 정지 전해욕에서- (Voltammogram) .

의 환원전위 는 약 이고 환원한계전류 의 전위값은 에서Fe (Pr) 760mV , (iPeak) 150mV

나타났다 의 환원한계전류는 의 환원한계전류 값과 매우 유사한 값을 나타내. Fe Pd

었다.

그림 는 이온 농도가 인 전해 용액을 회전전극으로 강제 대류시키3-24 Fe 300ppm

면서 얻은 전압 전류 곡선 을 나타내고 있다 회전전극의 회전속도- (Voltammogram) .

는 으로 하였다 회전전극을 이용한 전해에 있어서 의 환원전위 는 약500rpm . Fe (Pr)

로 정지욕에서의 환원전위와 거의 일치하였으며 확산한계전류 는 약700mV , (imax)

로 상당히 낮은 값을 나타내었다-280mV .

전해욕전해욕전해욕전해욕(4) Cu(4) Cu(4) Cu(4) Cu

그림 은 이온 농도가 인 전해용액을 이용하여 정지상태의 전해욕3-25 Cu 300ppm

에서 얻어진 전압 전류 곡선 을 나타내고 있다 정지 전해욕에서- (Voltammogram) .

의 환원전위 는 약 이고 환원한계전류Cu (Pr) 350mV , (iPeak 의 전위값은 에서) -190mV

나타났다 그러나 본 실험조건에서 의 환원반응은 다른 금속이온과 비교하여 비. , Cu

정상적으로 진행되고 있음을 알 수 있었다 즉 의 환원반응은 부근에서. , Cu 350mV

시작하는데 매우 물질이동속도가 낮은 반응이 진행되다가 부근에 도달하-180mV

면 급격한 환원반응이 일어나는 경향을 나타내고 있다 이 원인에 대해서는 앞으로.

계속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

그림 은 이온 농도가 인 전해 용액을 회전전극으로 강제 대류시키3-26 Cu 300ppm

면서 얻은 전압 전류 곡선 이다- (Voltammogram) .

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그림 정지 전해욕에서 용존산소의 영향그림 정지 전해욕에서 용존산소의 영향그림 정지 전해욕에서 용존산소의 영향그림 정지 전해욕에서 용존산소의 영향3-21.3-21.3-21.3-21.

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그림 회전전극 전해욕에서 용존산소의 영향그림 회전전극 전해욕에서 용존산소의 영향그림 회전전극 전해욕에서 용존산소의 영향그림 회전전극 전해욕에서 용존산소의 영향3-22.3-22.3-22.3-22.

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그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의3-23. Fe 300ppm Voltammogram3-23. Fe 300ppm Voltammogram3-23. Fe 300ppm Voltammogram3-23. Fe 300ppm Voltammogram

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그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의3-24. Fe 300ppm Voltammogram3-24. Fe 300ppm Voltammogram3-24. Fe 300ppm Voltammogram3-24. Fe 300ppm Voltammogram

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그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의그림 정지 전해욕에서 전해용액의3-25. Cu 300ppm Voltammogram3-25. Cu 300ppm Voltammogram3-25. Cu 300ppm Voltammogram3-25. Cu 300ppm Voltammogram

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그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의그림 회전전극 전해욕에서 전해용액의3-26. Cu 300ppm Voltammogram3-26. Cu 300ppm Voltammogram3-26. Cu 300ppm Voltammogram3-26. Cu 300ppm Voltammogram

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회전전극의 회전속도는 으로 하였다 회전전극을 이용한 전해에 있어서500rpm . Cu

의 환원전위 는 약 로 정지욕에서의 환원전위와 거의 일치하였으며 확산(Pr) 350mV ,

한계전류 는 약 로 가장 낮은 값을 보였다(imax) -350mV

다 혼합 전해욕의 전기화학적 거동다 혼합 전해욕의 전기화학적 거동다 혼합 전해욕의 전기화학적 거동다 혼합 전해욕의 전기화학적 거동. Au, Pd. Au, Pd. Au, Pd. Au, Pd

위 절의 설험결과에서 전해욕 중 및 이온의 이동속도는 이들 금속이온 농도Au Pd

가 일 때 급격한 상승을 보였으므로 혼합 전해욕은 및 이온 농도가300ppm , Au Pd

각각 인 염산 수용액으로부터 제조하였다 즉 의 농도가 인 염300ppm . , Au 300ppm

화금산 수용액에 의 농도가 인 염화파라듐산 수용액을 에서Pd 300ppm 10vol.%

까지 혼합하였다 이 혼합용액으로부터 및 의 전기화학적 거동이 단90vol.% . Au Pd

독욕과 어떻게 상이한지에 대하여 조사하였다 표 은 및 의 단독 전해욕. 3-1 Au Pd

의 금속이온 농도별 를 측정한 결과이다 표에서 알 수 있듯이 각 금속이온 농pH . ,

도가 인 전해용액의 는 서로 거의 동일한 값을 나타내었기 때문에 각300ppm pH ,

전해욕의 조정없이 혼합 전해욕을 제조하여 실험을 수행하였다pH .

표 및 의 농도에 따른 전해액의 변화표 및 의 농도에 따른 전해액의 변화표 및 의 농도에 따른 전해액의 변화표 및 의 농도에 따른 전해액의 변화3-1. Au Pd pH3-1. Au Pd pH3-1. Au Pd pH3-1. Au Pd pH

그림 은 이온 농도가 서로 다른 혼합 전해용액에서 얻어진 전압 전류 곡3-27 Au -

선 을 나타내고 있다 그림에서 알 수 있는 것처럼 혼합용액 중에(Voltammogram) . ,

의 이온 농도가 증가할수록 의 환원전위 및 환원한계전위 값은 음Pd Au (EPr) (EPc)

의 방향으로 이동하였다 이것은 그림 과 그림 의 및 단독욕에서. 3-7 3-14 Au Pd

보였던 현상과는 다른 것으로 및 이온이 공존하는 전해욕에서는 환원전위, Au Pd

와 환원한계전위 에 상호 영향을 주는 것으로 생각된다(EPr) (EPc) .

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그림 정지 전해욕에서 혼합 전해용액의그림 정지 전해욕에서 혼합 전해용액의그림 정지 전해욕에서 혼합 전해용액의그림 정지 전해욕에서 혼합 전해용액의3-27. Au, Pd Voltammogram3-27. Au, Pd Voltammogram3-27. Au, Pd Voltammogram3-27. Au, Pd Voltammogram

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그림 정지 전해욕에서 의그림 정지 전해욕에서 의그림 정지 전해욕에서 의그림 정지 전해욕에서 의3-28. Au, Pd E3-28. Au, Pd E3-28. Au, Pd E3-28. Au, Pd EPCPCPCPC와 농도와의 관계와 농도와의 관계와 농도와의 관계와 농도와의 관계PdPdPdPd

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그림 은 와 의 환원한계전위 의 변화를 나타내고 있다 혼합 전해용3-28 Au Pd (EPc) .

액 중 수용액의 함유량이 낮은 일 때는 와 의 환원한계전위의 피크Pd 10vol% Au Pd

가 분리되지 않있음을 시사해 주는 결과로 금의 전해정련시 전해욕 중 성분이, Pd

정련된 중에 미량 불순물로 존재하는 원인이라고 생각된다Au .

따라서 전해정련법으로 고순도 금을 회수하고자 할 때는 반드시 전해액 중에 함유,

되어 있는 성분을 미리 제거해야 유리할 것으로 생각된다Pd .

그림 는 혼합용액의 산화 환원 거동을 관찰하기 위하여 정지 전해욕에서3-29 /

를 행한 결과이다 환원한계전류 와 산화한계전류 가 이cyclic voltammetry . (iPr) (iPo)

동하는 모습이 뚜렷이 관찰되었으며 의 농도가 높을수록 환원 및 산화한계전류, Au

값은 모두 양의 방향으로 이동하는 현상을 나타내었다 여기에서 단독 전해욕. , Au

에서 의 산화한계전류의 피크는 약 에서 나타났고 단독 전해욕에서Au 1000mV , Pd

의 산화한계전류의 피크는 약 에서 나타남을 알 수 있다 그리고 금속이Pd 600mV . ,

은의 산화 환원반응의 속도는 전압 전류곡선의 기울기로부터 알 수 있는데 의/ - , Au

산화반응은 빠르게 진행되는데 반하여 의 산화거동은 전해욕의 전, Pd Pd 100vol%

압 전류 곡선으로부터 단계로 진행되는 것으로 생각되며 단계의 산화반응은 느- 3 , 1

리게 진행되다가 단계에 이르면 산화반응은 급격히 진행되고 단계에서는 다시 반2 3

응속도가 느려지는 것을 알 수 있다 전해용액을 를 함유하는 혼합용액. Au 10vol%

의 전압 전류 곡선에서는 의 산화한계전류의 피크가 약 에서 관찰되었다- Au 850mV .

그러나 수용액의 함유량이 이상인 혼합 전행용액에서는 의 산화한계, Au 30vol% Au

전위만이 나타났으며 이때 산화한계전류 값은 급격히 상승하였다 이 결과로부터, .

전해용액을 이상 함유하는 혼합용액에서 의 산화거동은 와 거의Au 30vol% Pd Au

동일하게 일어난다는 사실을 알 수 있었다.

그림 은 및 전해용액의 혼합비가 인 혼합 전해욕에서 및3-30 Au Pd 50:50 Au Pd

이온의 혼성 확산계수를 얻기 위하여 회전판 전극의 회전속도를 에서, 50rpm

까지 증가시키면서 전류 전압 곡선을 측정한 결과이다 이 결과에서 얻은2000rpm - .

및 의 혼합 확산한계전류 와 회전판 전극의 각속도 와의 관계는 그림Au Pd (iL) ( )ω

에 나타내었다 가속도와 확산한계전류는 거의 정비례의 관계를 나타내었고3-31 . ,

이 직선의 기울기로부터 회전 전해욕에서 및 이온의 혼성 확산계수Au Pd

는 로 보다는 작고 보다는 큰 값을 보였다(DAu+Pd) 1.98cm/s Au Pd .

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그림 정지 전해욕에서 혼합용액의그림 정지 전해욕에서 혼합용액의그림 정지 전해욕에서 혼합용액의그림 정지 전해욕에서 혼합용액의3-29. Au, Pd Cyclic Voltammogram3-29. Au, Pd Cyclic Voltammogram3-29. Au, Pd Cyclic Voltammogram3-29. Au, Pd Cyclic Voltammogram

(Au 300ppm, Pd 300ppm)(Au 300ppm, Pd 300ppm)(Au 300ppm, Pd 300ppm)(Au 300ppm, Pd 300ppm)

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그림 회전전극의 회전속도 변화에 따른 혼합용액의그림 회전전극의 회전속도 변화에 따른 혼합용액의그림 회전전극의 회전속도 변화에 따른 혼합용액의그림 회전전극의 회전속도 변화에 따른 혼합용액의3-30. Au, Pd3-30. Au, Pd3-30. Au, Pd3-30. Au, Pd

Cyclic VoltammogramCyclic VoltammogramCyclic VoltammogramCyclic Voltammogram

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그림 혼합용액에서 회전전극의 각속도와그림 혼합용액에서 회전전극의 각속도와그림 혼합용액에서 회전전극의 각속도와그림 혼합용액에서 회전전극의 각속도와3-31. Au, Pd i3-31. Au, Pd i3-31. Au, Pd i3-31. Au, Pd iLLLL의 관계의 관계의 관계의 관계

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라 결론라 결론라 결론라 결론....

단독 전해욕의 경우 정지 전해욕 상태에서 의 환원전위는 약 이고1) Au , Au 800mV

환원한계전류는 전해액 중 의 농도에 관계없이 약 에서 나타났고 환원한Au 470mV ,

계전류는 전해액 중 의 농도에 정비례하여 증가하였다 회전 전해욕에서 의Au . Au

확산계수 는 이었다(DAu) 2.71cm/s .

단독 전해욕의 경우 정지 전해욕 상태에서 의 환원전위는 약 이고2) Pd , Pd 500mV

환원한계전류는 전해액 중 의 농도에 관계없이 약 에서 나타나 와 큰Pd 150mV Au

차이를 보였다 또한 환원한계전류도 의 경우와 같이 전해액 중 의 농도에 정. , Au Pd

비례하여 증가하였다 회전 전해욕에서 의 확산계수 는 로 보다. Pd (DPd) 1.17cm/s Au

낮은 값을 나타내었다.

와 의 혼합 전해욕의 경우 정지 전해욕 상태에서 의 환원전위 및 환원3) Au Pd , Au

한계전위 값은 전해욕 중 의 농도가 증가함에 따라 감소하였고 와 가 환원Pd , Au Pd

한계전위 값은 전해욕 중 전해용액의 함유량이 일 때 가장 가까Au-Pd Pd 30vol%

운 값을 나타내었다 혼합 전해욕에서 이들 금속의 혼성 확산계수 는. (DAu+Pd)

로 보다는 작고 보다는 큰 값을 나타내었다1.98cm/s Au Pd .

정지 전해욕에서 의 환원전위는 약 이고 환원한계전류의 전위값은4) Fe 760mV ,

에서 나타났고 회전전극을 이용한 전해에 있어서 의 환원전위는 약150mV , Fe

로 정지욕에서의 환원전위와 거의 일치하였으며 확산한계전류는 약700mV ,

로 상당히 낮은 값을 나타내었다 또한 정지 전해욕에서 의 환원 전위-280mV . , Cu

는 약 이고 환원한계전류의 전위값은 에서 나타났으며 회전전극을350mV , -190mV ,

이용한 전해에 있어서 의 환원전위는 약 이었고 확산한계전류는 약Cu 350mV ,