폐 X-ray 필름의 질산 침출 공정에서 은 침출률 향상에 미치는 메틸에틸케톤의 영향

Abstract

은에 대한 수요가 증가함에 따라 산업 폐기물로부터 은을 회수하기 위한 연구가 필요한 실정이다. 이 중 사진폐기물인 폐 X-ray필름은 폴리에스테르 재질의 지지체층과 은(Ag)을 함유하고 있어 두 자원을 재활용이 가능한 중요한 공급원이다. 또한 지지체층 위아래로는 하도포층과 유제층이 차례로 접해있는 구조를 가진다. 은은 필름의 유제층에 존재하며 일반적으로 약 1.5-2%가 함유되어 있다.

폐 X-ray 필름으로부터 은을 회수하기 위해 주로 질산 침출공정이 행해져 왔다. 침출 공정은 80-100℃의 온도조건에서 농질산을 침출제로 이용하며 약 80%의 은이 용해되고 약 20%의 은은 에멀젼 상태의 잔사로 존재하게 된다. 이로 인해 잔존하는 은을 회수하기 위해 소각 및 재침출의 추가 공정이 요구되어진다.

본 연구는 기존의 X-ray 필름의 재활용 공정에서의 고온, 고농도 조건의 침출조건을 개선하면서 은의 침출률을 향상시키고자 하였다. 은을 함유하는 유제층이 필름 지지체층에 부착되어 있기 때문에 유제층의 한 면만이 침출제에 노출되어 은의 침출률을 감소시킬 우려가 있다. 따라서 필름 지지체층으로부터 유제층을 분리함으로써 침출률을 향상시킬 수 있다.

메틸에틸케톤(MEK)은 유기용매로서 일부 수지를 용해시키는 것으로 보고된바 있으며, 폴리에스테르의 표면 특성을 바꿀 수 있는 세정제 또는 희석제로 알려져 있다. 따라서 MEK의 사용은 필름 지지체층과 유제층을 분리할 것으로 판단되어 MEK에서의 X-ray 필름의 분리거동 및 침출의 두 가지 실험을 행하였다.

분리 실험은 온도조건 실온-60℃, 교반속도 0-400rpm, 필름크기 1×1cm, 광액농도 20-80g/L의 조건하에서 MEK를 이용하여 진행되었다. 온도가 증가할수록 필름크기 및 광액농도가 감소될수록 X-ray 필름의 분리효율은 증가하였으며, 50℃, 400rpm, 1×1cm, 50g/L의 조건에서 3분 이내에 100%의 분리효율을 나타내었다.

분리 과정 이후의 유제층과 분리 과정을 거치지 않은 X-ray 필름을 사용하여 1M 질산, 온도 50℃, 교반속도 400rpm, 필름크기 1×1cm, 광액농도 10g/L의 조건하에서 침출실험을 진행하였다. 분리 과정을 거치지 않은 X-ray 필름을 이용할 경우에는 180분대에 약 73.0 %의 침출률을 나타내는 반면, 유제층만을 이용할 경우 은의 침출률은 120분 이내에 100%까지 증가하였다.

MEK를 사용하여 분리의 전처리 공정이 수행된 침출은 은의 침출률 향상에 상당한 영향을 주었으나 기존 공정에 새로운 공정을 추가해야하는 어려움을 가진다. 따라서 질산 침출 시 MEK를 첨가하였을 때의 은의 침출거동에 대해 조사하였다. 침출조건은 1M 질산, 온도 50℃, 교반속도 400rpm, 필름크기 1×1cm, 광액농도 10g/L으로 설정하였으며, MEK의 첨가량은 0-10%로 변화시켰다. MEK를 첨가하지 않을 경우 73.0%의 침출률을 나타내었으며, 5%의 MEK를 첨가할 경우 은의 침출률은 120분 이내에 95.9%로 증가됨을 확인하였다.

이로부터 폐 X-ray 필름으로부터 은의 회수 시 MEK를 사용할 경우 은의 침출률이 향상된 질산 침출공정의 운영이 가능할 것으로 판단된다.|The increasing demand for silver has required many studies for recover of silver from industrial wastes. Used X-ray films that is one of the photographic wastes are good sources of silver and polyester, because a polyester was used as film base in the X-ray film. On the film base, adhesive layer and emulsion layer are attached in turn. Silver components exist in the emulsion layer and generally the films contain around 1.5-2% of silver.

Silver from used X-ray films was recovered mainly by nitric acid leaching in the conventional process. However, in this process, concentrated nitric acid at 80-100℃ dissolves about 80% of silver and 20% of silver remains in the residue. Further processes such as incineration followed by leaching must be required because remained silver have to be dissolved.

This study was aimed at improving the conventional recycling process of used X-ray film. Because the emulsion layer containing silver is attached to the base film, only one side of the emulsion layer is exposed to the leaching agents, which could reduce leaching efficiencies of silver. It was expected that the leaching efficiency of silver could be enhanced by separating the emulsion layer from polyester.

Methyl ethyl ketone(MEK) has been reported that this organic solvent could dissolve some resins. Also MEK has been famous for cleaner or thinner for polyester because MEK could change the surface property of polyester as film base in X-ray film. Thus, it was expected that addition of MEK could separate the emulsion layer from the film base. Therefore, two kinds of experiment sets were investigate; the separating behaviors of the emulsion layer in MEK solvent and the effects of using MEK on the leaching of X-ray film in nitric acid solution.

The separation process was investigated under the following conditions; reagent MEK, temperature room temp.-60℃, agitation speed 0-400rpm, film size 1×1cm, and pulp density 20-80g/L. The separation efficiencies of the emulsion layer increasing temperature but decreasing film size and pulp density. The separation was completed successfully in MEK solution at 50℃ and 400rpm agitation speed with 50g/L pulp density and 1×1cm film size within 3min.

A comparative leaching test was carried out in 1M HNO3 at 50℃ and 400 rpm and 1×1cm with 10g/L, where two kinds of sample were prepared; one is the used X-ray film piece and the other is the emulsion layer after separating. The leaching efficiency of Ag increased to almost 100% within 120min using only emulsion layer(with separating) while the efficiency was 73.0% at 180min with the used X-ray film(without separating).

Although the separation process using MEK showed beneficial effects of Ag recovery, it is not east to add new process to the conventional process. Therefore, the feasibility of adding MEK to nitric acid leaching process was investigated under the leaching conditions; 50℃, 400rpm, 1×1cm and 10g/L. The amount added of MEK was adjusted from 0-10%. When MEK was added 5%, the leaching efficiency of Ag increased up to 95.9% in 120min while the efficiency was 73.0% without addition of MEK.

These results indicate that the leching efficiency of Ag could be enhanced using MEK in the nitric acid process for the recover of Ag from the used X-ray film.