KR102700038B1 - Apparatus and method for separating rare earth element - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 희토류 분리장치는 내부에 희토류가 용해된 희토류 수용액을 수용하는 하부 용기; 상기 희토류 수용액으로부터 상기 희토류를 분리하기 위한 유기용액을 수용하는 상부 용기; 상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 연결하는 연결 컬럼; 상기 유기용액을 상기 연결 컬럼 내에서 상부 방향으로 토출시키는 유기용액 토출부; 및 상기 희토류 수용액을 상기 연결 컬럼 내에서 하부 방향으로 토출시키는 수용액 토출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The rare earth separation device according to the present invention is characterized by including: a lower container accommodating a rare earth aqueous solution having rare earth elements dissolved therein; an upper container accommodating an organic solution for separating the rare earth elements from the rare earth aqueous solution; a connecting column connecting the lower container and the upper container; an organic solution discharge unit discharging the organic solution upward within the connecting column; and an aqueous solution discharge unit discharging the rare earth aqueous solution downward within the connecting column.
Description
본 발명은 희토류 추출을 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형이면서도 처리 속도가 빠르고 친환경적인 희토류 분리장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a device for extracting rare earth elements, and more specifically, to a small-sized, fast-processing, and environmentally friendly rare earth separation device and method.
Nd 등을 포함하는 희토류는 오늘날 첨단산업분야에서 다양하게 쓰이고 있다. Nd를 주성분으로 하는 자석 등은 컴퓨터, 차량 모터, 자력분리기, 발전용 모터, 의료장비 등에 사용되고 있으며 특히, 전기 자동차의 주요 부품으로 그 수요가 나날히 증가하고 있다. Rare earth elements including Nd are used in various fields of advanced industries today. Magnets with Nd as the main component are used in computers, vehicle motors, magnetic separators, power generation motors, medical equipment, etc. In particular, demand for them as main components of electric vehicles is increasing day by day.
그런데, 희토류의 채굴 및 가공 과정에서 심각한 환경오염과 산업재해를 야기한다. 즉, 희토류를 추출하기 위해 강한 화학약품을 많이 쓰게 되는데, 이 때문에 추출과정에서 대량의 독성 폐수가 발생한다. 또 희토류 원소들이 방사성 원소(주로 토륨과 유로퓸)와 함께 몰려 있는 특성이 있어서 희토류를 찾을 때도 방사능을 측정해서 찾으며, 희토류 추출과정에서 방사능 오염수도 다량 발생한다. 이와 같이, 희토류의 채굴과 추출과정에서 심각한 환경오염이 발생하기 때문에 재처리 및 정화과정에 비용이 많이 든다. However, the mining and processing of rare earth elements causes serious environmental pollution and industrial accidents. That is, a lot of strong chemicals are used to extract rare earth elements, which causes a large amount of toxic wastewater to be generated during the extraction process. In addition, rare earth elements have the characteristic of being clustered together with radioactive elements (mainly thorium and europium), so when searching for rare earth elements, radioactivity is measured, and a large amount of radioactive contaminants are also generated during the extraction process. As such, since the mining and extraction of rare earth elements causes serious environmental pollution, the reprocessing and purification processes are very expensive.
또한, 국내에서는 Nd를 포함한 희토류 자원의 생산이 전무하여 전량 해외 수입품에 의존하고 있어서, 높은 수요에 비해 공급이 불안정한 실정이다. 이렇게 수입되어 제품화된 희토류들은 사용이 끝난 후 대부분 스크랩으로 처리되어 해외로 다시 수출되고 있다. 따라서, 희토류 자원의 수급을 안정화하기 위해서는 사용이 끝나 스크랩화된 희토류 자원을 재자원화하는 기술이 필요하다. In addition, since there is no domestic production of rare earth resources including Nd, we depend entirely on imported products, and thus the supply is unstable compared to the high demand. Most of the rare earths imported and manufactured in this way are processed as scrap after use and re-exported overseas. Therefore, in order to stabilize the supply and demand of rare earth resources, a technology to recycle rare earth resources that have been used and turned into scrap is needed.
선행특허: 한국공개특허공보 10-2021-0069878Prior patent: Korean Patent Publication No. 10-2021-0069878
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 희토류 수용액에 대해 에멀젼 플로우 공정을 통해 희토류 물질을 추출하기 위한 희토류 분리장치 및 방법에 관한 것이다.The problem to be solved by the present invention relates to a rare earth separation device and method for extracting rare earth materials through an emulsion flow process for a rare earth aqueous solution.
상기 과제를 해결하기 위한 희토류 분리장치는 내부에 희토류가 용해된 희토류 수용액을 수용하는 하부 용기; 상기 희토류 수용액으로부터 상기 희토류를 분리하기 위한 유기용액을 수용하는 상부 용기; 상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 연결하는 연결 컬럼; 상기 유기용액을 상기 연결 컬럼 내에서 상부 방향으로 토출시키는 유기용액 토출부; 및 상기 희토류 수용액을 상기 연결 컬럼 내에서 하부 방향으로 토출시키는 수용액 토출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A rare earth separation device for solving the above problem is characterized by including: a lower container accommodating a rare earth aqueous solution having rare earth elements dissolved therein; an upper container accommodating an organic solution for separating the rare earth elements from the rare earth aqueous solution; a connecting column connecting the lower container and the upper container; an organic solution discharge unit for discharging the organic solution upward within the connecting column; and an aqueous solution discharge unit for discharging the rare earth aqueous solution downward within the connecting column.
상기 유기용액 토출부는, 상기 하부 용기의 내부 상단에 배치되어 있으며, 상기 유기용액을 상기 연결 컬럼의 상부 방향으로 토출시키는 유기용액 토출노즐; 일단이 상기 유기용액 토출노즐과 연결되고 타단이 상기 상부 용기와 연결되어 있는 유기용액 순환관; 및 상기 유기용액 순환관과 결합되어 있으며, 상기 상부 용기 내에 수용되어 있는 상기 유기용액을 상기 유기용액 순환관을 통해 상기 유기용액 토출노즐로 공급하는 유기용액 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.The organic solution discharge unit is characterized by including an organic solution discharge nozzle which is arranged at the inner upper portion of the lower container and discharges the organic solution in the upper direction of the connection column; an organic solution circulation pipe which has one end connected to the organic solution discharge nozzle and the other end connected to the upper container; and an organic solution circulation pump which is connected to the organic solution circulation pipe and supplies the organic solution contained in the upper container to the organic solution discharge nozzle through the organic solution circulation pipe.
상기 유기용액 토출노즐은, 노즐 내에 구비된 노즐 필터로부터 연장된 필터 가이드의 높이가 4[mm] 이상 6[mm] 이하인 것을 특징으로 한다.The above organic solution discharge nozzle is characterized in that the height of a filter guide extended from a nozzle filter provided in the nozzle is 4 [mm] or more and 6 [mm] or less.
상기 유기용액 토출노즐은, Full cone 형태의 스프레이 노즐로써 60[도] 이상 180[도] 이하의 분사각도와 일정 크기의 액적을 분사할 수 있는 금속 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.The above organic solution discharge nozzle is characterized by including a metal nozzle that is a full cone-shaped spray nozzle and can spray droplets of a certain size at a spray angle of 60 degrees or more and 180 degrees or less.
상기 유기용액 순환관은, 제1 단부가 상기 하부 용기의 내부를 관통하여 상기 유기용액 토출노즐과 연결되어 있고, 제2 단부가 상기 상부 용기의 내부와 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.The above organic solution circulation pipe is characterized in that the first end penetrates the interior of the lower container and is connected to the organic solution discharge nozzle, and the second end is connected to the interior of the upper container.
상기 수용액 토출부는, 상기 상부 용기의 내부 하단에 배치되어 있으며, 상기 희토류 수용액을 상기 연결 컬럼의 하부 방향으로 토출시키는 수용액 토출노즐; 일단이 상기 수용액 토출노즐과 연결되고 타단이 상기 하부 용기와 연결되어 있는 수용액 순환관; 및 상기 수용액 순환관과 결합되어 있으며, 상기 하부 용기 내에 수용되어 있는 상기 희토류 수용액을 상기 수용액 순환관을 통해 상기 수용액 토출노즐로 공급하는 수용액 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.The above-mentioned aqueous solution discharge unit is characterized by including: an aqueous solution discharge nozzle which is arranged at the inner lower part of the upper container and discharges the rare earth aqueous solution in the downward direction of the connection column; an aqueous solution circulation pipe which has one end connected to the aqueous solution discharge nozzle and the other end connected to the lower container; and an aqueous solution circulation pump which is connected to the aqueous solution circulation pipe and supplies the rare earth aqueous solution contained in the lower container to the aqueous solution discharge nozzle through the aqueous solution circulation pipe.
상기 수용액 순환관은, 제1 단부가 상기 상부 용기의 내부를 관통하여 상기 수용액 토출노즐과 연결되어 있고, 제2 단부가 상기 하부 용기의 내부와 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.The above-mentioned aqueous solution circulation pipe is characterized in that a first end is connected to the aqueous solution discharge nozzle by penetrating the interior of the upper container, and a second end is connected to the interior of the lower container.
상기 연결 컬럼은, 통형 구조체이고, 상기 통형 구조체의 폭방향 단면 크기는 상기 하부 용기 및 상기 상부 용기의 폭방향 단면 크기에 비해서 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.The above connecting column is a cylindrical structure, and is characterized in that the widthwise cross-sectional size of the cylindrical structure is relatively smaller than the widthwise cross-sectional sizes of the lower container and the upper container.
상기 과제를 해결하기 위한 희토류 분리방법은, 상기 연결 컬럼의 중간 높이까지 상기 희토류 수용액을 채워넣고, 상기 상부 용기의 상단까지 상기 유기용액을 채워넣는 단계; 상기 수용액 토출부 및 상기 유기용액 토출부를 구동하여 상기 희토류 수용액 및 상기 유기용액을 각각 순환시키는 단계; 및 상기 연결 컬럼에서 형성되는 에멀젼 상태에 따라 상기 수용액 토출부 및 상기 유기용액 토출부의 구동 조건을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A rare earth separation method for solving the above problem is characterized by including the steps of: filling the rare earth aqueous solution to the middle height of the connecting column and filling the organic solution to the upper end of the upper container; driving the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit to circulate the rare earth aqueous solution and the organic solution, respectively; and adjusting the driving conditions of the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit according to the emulsion state formed in the connecting column.
본 발명에 따르면, 소형의 장치로도 빠른 처리 속도를 갖게 되며, 단순한 구조를 가지며 동력장치가 별도로 없어 비용이 저렴하고, 공정시간이 짧다는 장점이 있다. 또한, 한 번의 추출로 90% 이상의 추출율 갖는다. 따라서, Nd, Dy 회수 공정에 적용시 비용 절감과 공정시간의 감소 효과를 달성할 수 있다. According to the present invention, it has the advantages of fast processing speed even with a small device, simple structure, low cost since there is no separate power device, and short process time. In addition, it has an extraction rate of 90% or more with one extraction. Therefore, when applied to the Nd, Dy recovery process, it can achieve the effects of cost reduction and process time reduction.
특히, 본 발명의 희토류 분리장치의 경우에, 비누화 반응 및 유화제를 사용하지 않는 범위의 추출제만을 사용하여 90% 이상의 높은 추출율을 달성할 수 있다는 점에서, 기존 상업적으로 사용하는 용매추출 공정시 추출율을 높이기 위해 용액내부에서 추가적인 물리적인 교반이나, 상의 혼합과 분리를 위한 유화 및 해유 공정 등을 사용하지 않아 보다 친환경적이고 경제적인 희토류 추출이 가능하도록 한다.In particular, in the case of the rare earth separation device of the present invention, since a high extraction rate of 90% or more can be achieved by using only an extractant that does not use a saponification reaction or an emulsifier, it enables more environmentally friendly and economical rare earth extraction by not using additional physical stirring inside the solution or emulsification and de-oiling processes for mixing and separating phases to increase the extraction rate in the existing commercially used solvent extraction process.
도 1은 본 발명에 따른 희토류 분리장치를 설명하기 위한 일 실시예의 구성 도이다.
도 2는 도 1에 도시된 하부 용기를 나타내는 확대 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 상부 용기를 나타내는 확대 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 연결 컬럼을 나타내는 확대 사시도이다.
도 5는 유기용액 토출노즐의 종류를 예시하는 참조도이다.
도 6은 분사각도에 따른 Full cone 형태의 금속 재질인 유기용액 토출노즐의 종류를 예시하는 참조도이다.
도 7은 본 발명에 따른 희토류 분리장치를 이용한 희토류 분리방법을 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다.
도 8은 유기용액 토출노즐의 종류별 추출율을 비교하는 그래프이다.
도 9는 유기용액 토출노즐의 분사각에 따른 추출율을 비교하는 그래프이다.
도 10은 유기용액 토출노즐의 재질에 따른 추출율을 비교하는 그래프이다.
도 11은 노즐의 필터 기공 크기에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다.
도 12는 노즐의 형태에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다. FIG. 1 is a configuration diagram of one embodiment for explaining a rare earth separation device according to the present invention.
Figure 2 is an enlarged perspective view showing the lower container illustrated in Figure 1.
Figure 3 is an enlarged perspective view showing the upper container illustrated in Figure 1.
Figure 4 is an enlarged perspective view showing the connecting column illustrated in Figure 1.
Figure 5 is a reference drawing exemplifying the types of organic solution discharge nozzles.
Figure 6 is a reference drawing exemplifying the types of organic solution discharge nozzles made of metal material in the shape of a full cone according to the injection angle.
Figure 7 is a flow chart of one embodiment for explaining a rare earth separation method using a rare earth separation device according to the present invention.
Figure 8 is a graph comparing the extraction rates of different types of organic solution discharge nozzles.
Figure 9 is a graph comparing the extraction rate according to the injection angle of the organic solution discharge nozzle.
Figure 10 is a graph comparing the extraction rate according to the material of the organic solution discharge nozzle.
Figure 11 shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the filter pore size of the nozzle.
Figure 12 shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the shape of the nozzle.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the embodiments below can be modified in various different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments below. Rather, these embodiments are provided to more faithfully and completely convey the idea of the present invention to those skilled in the art.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is used to describe particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, when used herein, the words "comprise" and/or "comprising" specify the presence of stated features, numbers, steps, operations, elements, elements and/or groups thereof, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, operations, elements, elements and/or groups thereof. As used herein, the word "and/or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.
현재, Nd를 포함한 희토류를 재자원화하는 기술이 활발히 연구 중이다. 희토류의 회수 공정을 살펴보면, 먼저, 폐 Nd자석 스크랩은 아직 강한 자성을 가지고 있기 때문에, 자성을 없애는 탈자 공정부터 이루어진다. 이후 스크랩을 파분쇄하는 공정, 강산에 용해하는 공정, 황산나트륨으로 희토류를 침전시켜 Fe와 분리하는 공정, 분리된 희토류 침전물을 수산화물로 전환하는 공정, 희토류 수산화물을 다시 염산에 용해하는 공정, 희토류 염산 수용액을 용매 추출하여 경희토류와 중희토류를 분리하는 공정, 희토류 수용액을 다시 침전하여 분말화하는 공정으로 이루어진다. Currently, technology to recycle rare earths, including Nd, is being actively studied. Looking at the rare earth recovery process, first, since waste Nd magnet scrap still has strong magnetism, a demagnetization process is performed to remove the magnetism. Then, the scrap is crushed, dissolved in strong acid, precipitated with sodium sulfate to separate it from Fe, converted the separated rare earth precipitate into a hydroxide, dissolved the rare earth hydroxide in hydrochloric acid again, separated light rare earth and heavy rare earth by solvent extraction of the rare earth hydrochloric acid solution, and precipitated again to powderize the rare earth solution.
이러한 공정 중에서, 용매추출 공정은 염산 수용액에서 경희토류(Nd, Pr, Ce, La)와 중희토류(Tb, Dy)를 분리/정제하는 공정이다. 통상 경희토류와 중희토류 사이에는 성질에 큰 차이가 있고 가격 차이가 10배 가량 나기 때문에 경제적 측면과 환경적인 측면을 고려하여 가장 최적의 용매추출 공정으로 분리하는 기술이 필요하다. 용매추출은 통상적으로 물(수상)과 기름(유상), 두 상이 서로 섞이지 않는 성질을 이용해 수상에 존재하는 표적물질을 유상으로 분리해내는 것을 말한다. Among these processes, the solvent extraction process is a process for separating/purifying light rare earth elements (Nd, Pr, Ce, La) and heavy rare earth elements (Tb, Dy) from a hydrochloric acid solution. Since there is a large difference in properties between light rare earth elements and heavy rare earth elements and a price difference of about 10 times, a technology for separating them using the most optimal solvent extraction process is required considering economic and environmental aspects. Solvent extraction usually refers to separating target substances existing in the water phase into the oil phase by utilizing the property that water (aqueous phase) and oil (oil phase), two phases, do not mix with each other.
용매추출에는 추출장비의 형태에 따라 다양한 방식이 존재한다. Pulse column 방식은 상하 진동으로 맥동을 주어 수상과 유상을 혼합하는 방식이다. 액적 분산이 반경방향으로 균일하고 추출 효율이 탑경에 의존하지 않는 장점이 있지만, 맥동이 부족하거나 너무 크면 flooding 현상이 유발되어 적절한 맥동조건이 요구된다. Spray column 방식은 유상과 수상을 상하에서 단순히 분무해주는 아주 간단 원리와 구조를 갖는다. 따라서, 비용면에서는 큰 장점을 갖지만 역혼합(back mixing)에 의한 추출율 저하 문제가 있다. Centrifugal extractor 방식은 원심력을 이용한 방식으로 혼합효율도 좋고 공정시간도 짧아 성능은 매우 뛰어나지만, 설비 비용과 운영비용이 매우 비싸다는 단점이 있다. Mixer-settler 방식은 가장 널리 사용되는 용매추출 방식으로, 한 번에 처리할 수 있는 용량이 많고, 유량제어가 용이하며, 단수를 늘리기 쉬워 양산에서 많이 사용된다. 하지만, 추출을 위해 기본적으로 필요한 수상과 유상을 포함한 용액양이 많고, 공정제어가 어려우며, 초기 장치비와 운전비용이 높다. 공정시간이 길며, 추출을 위한 단수를 많이 필요로 하기에 공간사용이 많다. 이에 따라, 희토류를 추출하기 위한 새로운 방식이 요구된다.There are various methods for solvent extraction depending on the type of extraction equipment. The pulse column method mixes the aqueous phase and the oil phase by pulsating with up and down vibration. It has the advantage that the droplet dispersion is uniform in the radial direction and the extraction efficiency does not depend on the column diameter, but if the pulsation is insufficient or too large, a flooding phenomenon occurs, so appropriate pulsation conditions are required. The spray column method has a very simple principle and structure that simply sprays the oil phase and the aqueous phase from above and below. Therefore, it has a great advantage in terms of cost, but there is a problem of reduced extraction rate due to back mixing. The centrifugal extractor method uses centrifugal force, and has excellent mixing efficiency and short process time, but has the disadvantage of very high equipment costs and operating costs. The mixer-settler method is the most widely used solvent extraction method, and is widely used in mass production because it can process a large amount of capacity at one time, is easy to control the flow rate, and is easy to increase the number of stages. However, the amount of solution including the aqueous phase and the oil phase that are basically required for extraction is large, process control is difficult, and the initial equipment cost and operating cost are high. The process time is long and requires a lot of extraction steps, so it takes up a lot of space. Accordingly, a new method for extracting rare earth elements is required.
본 발명에서는, 새로운 용매 추출 방식으로서,‘에멀젼 플로우법’을 위한 장치를 제안한다. 에멀젼 플로우법(emulsion flow)은 수상(水相)용액의 흐름에 대항하여 200㎛ 수준의 유상(油相) 액적을 분무하여 에멀젼을 형성한다. 좁은 컬럼에서 형성된 에멀젼 액적은 장치의 상부와 하부의 상 분리부에서 급격히 통과면적이 증가하면서 그 유속이 급격히 감소한다. 이 때, 후속의 유속이 빠른 에멀젼 액적과 충돌하면서 액적이 급격히 성장하고 터지면서, 에멀젼이 빠르게 해소되게 된다. In the present invention, a device for the 'emulsion flow method' is proposed as a new solvent extraction method. The emulsion flow method forms an emulsion by spraying oil-phase droplets of about 200 μm in size against the flow of an aqueous solution. The emulsion droplets formed in a narrow column rapidly increase their passage area in the upper and lower phase separation sections of the device while their flow rate rapidly decreases. At this time, the droplets rapidly grow and burst when they collide with subsequent emulsion droplets with a high flow rate, causing the emulsion to be quickly resolved.
도 1은 본 발명에 따른 희토류 분리장치(10)를 설명하기 위한 일 실시예의 구성 도이다.Figure 1 is a configuration diagram of one embodiment for explaining a rare earth separation device (10) according to the present invention.
도 1을 참조하면, 희토류 분리장치(10)는 하부 용기(100), 상부 용기(200), 연결 컬럼(300), 유기용액 토출부(400) 및 수용액 토출부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the rare earth separation device (10) includes a lower container (100), an upper container (200), a connecting column (300), an organic solution discharge unit (400), and an aqueous solution discharge unit (500).
하부 용기(100)는 내부에 희토류가 용해된 희토류 수용액을 수용한다. 이러한 하부 용기(100)는 투명한 재질을 사용함으로써, 내부 관찰이 할 수 있는 것일 수 있다. The lower container (100) accommodates a rare earth aqueous solution with rare earth dissolved therein. This lower container (100) may be made of a transparent material, thereby allowing internal observation.
여기서, 희토류 수용액은 희토류가 용해된 염산수용액을 예시할 수 있다. 다만, 이러한 희토류 수용액은 예시적인 것으로, 다양한 종류의 희토류가 용해된 수요액을 포함할 수 있다. Here, the rare earth element solution may be exemplified by a hydrochloric acid solution in which rare earth elements are dissolved. However, this rare earth element solution is merely exemplary and may include various types of solutions in which rare earth elements are dissolved.
예를 들어, 희토류 수용액 시료는 ICP-MASS(Thermofisher scientific 회사 model: iCAP-Q)로 분석함으로써, 다음의 표 1과 같은 조성을 확인할 수 있다.For example, a rare earth element aqueous solution sample can be analyzed using ICP-MASS (Thermofisher Scientific company model: iCAP-Q) to confirm the composition as shown in Table 1 below.
도 2는 도 1에 도시된 하부 용기(100)를 나타내는 확대 사시도이다.Figure 2 is an enlarged perspective view showing the lower container (100) illustrated in Figure 1.
도 2를 참조하면, 하부 용기(100)는 용기 본체(110), 컬럼 연결구(120), 수용액 배출구(130) 및 관 삽입구(140)을 포함한다. Referring to FIG. 2, the lower container (100) includes a container body (110), a column connection port (120), an aqueous solution discharge port (130), and a tube insertion port (140).
용기 본체(110)는 희토류 수용액을 수용하기 위한 공간을 제공하는 것으로, 통형 구조체일 수 있다. 이때, 통형 구조체의 형태는 원통형 또는 다각통형 등일 수 있다. The container body (110) provides a space for containing a rare earth aqueous solution and may be a cylindrical structure. At this time, the shape of the cylindrical structure may be a cylindrical shape or a polygonal cylinder shape, etc.
컬럼 연결구(120)는 용기 본체(110)의 상단의 중심에 형성된 홀이다. 컬럼 연결구(120)는 연결 컬럼(300)과 연통될 수 있도록 개구가 형성되어 있으며, 연결 컬럼(300)과 나사 결합을 위한 나사산이 형성된 홀 구조일 수도 있고, 끼움결합을 위한 홀 구조일 수도 있다. The column connection port (120) is a hole formed in the center of the top of the container body (110). The column connection port (120) has an opening formed so that it can communicate with the connection column (300), and may be a hole structure in which screw threads are formed for screw connection with the connection column (300), or may be a hole structure for insertion connection.
수용액 배출구(130)는 수용액 토출부(500)의 구성요소인 수용액 순환관(520)과 연결되어 있으며, 용기 본체(110)에 저장되어 있는 희토류 수용액을 수용액 순환관(520)으로 배출시키기 위한 홀 구조를 갖는다. 도 2에서는 수용액 배출구(130)가 용기 본체(110)의 하단에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이며, 용기 본체(110)의 하부 측면에 형성된 것일 수도 있다.The solution discharge port (130) is connected to the solution circulation pipe (520), which is a component of the solution discharge unit (500), and has a hole structure for discharging the rare earth solution stored in the container body (110) to the solution circulation pipe (520). In Fig. 2, the solution discharge port (130) is shown as being formed at the bottom of the container body (110), but this is exemplary, and it may be formed at the lower side of the container body (110).
관 삽입구(140)는 유기용액 토출부(400)의 구성요소인 유기용액 토출노즐(410) 및 유기용액 순환관(420)이 삽입될 수 있는 홀 구조를 포함하고 있다. 관 삽입구(140)에 유기용액 토출노즐(410) 및 유기용액 순환관(420)이 삽입된 상태에서 관 삽입구(140)는 희토류 수용액이 누수되지 않도록 밀봉처리될 수 있다. 관 삽입구(140)는 밀봉 처리를 위한 실링 부재를 포함할 수 있다.The tube insertion port (140) includes a hole structure into which the organic solution discharge nozzle (410) and the organic solution circulation pipe (420), which are components of the organic solution discharge unit (400), can be inserted. When the organic solution discharge nozzle (410) and the organic solution circulation pipe (420) are inserted into the tube insertion port (140), the tube insertion port (140) can be sealed to prevent leakage of the rare earth aqueous solution. The tube insertion port (140) can include a sealing member for sealing.
도 2에서는 관 삽입구(140)가 용기 본체(110)의 하단에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이며, 관 삽입구(140)가 용기 본체(110)의 측면에 형성된 것일 수도 있다.In Fig. 2, the tube insertion port (140) is shown as being formed at the bottom of the container body (110), but this is exemplary, and the tube insertion port (140) may be formed at the side of the container body (110).
상부 용기(200)는 희토류 수용액으로부터 희토류를 분리하기 위한 유기용액을 수용한다. 이러한 상부 용기(200)는 투명한 재질을 사용함으로써, 내부를 관찰할 수 있는 것일 수 있다. The upper container (200) contains an organic solution for separating rare earth elements from a rare earth aqueous solution. The upper container (200) may be made of a transparent material so that the inside can be observed.
유기용액은 희토류를 추출하기 위한 추출제로서 양이온 추출제인 PC88A(2-ethylhexyl phosphoric acid mono -2 - ethyl -hexyl ester), D2EHPA(Di-2-ethylhexyl phosphoric acid), Cyanex272(Bis-2,4,4-trimethylpentyl phosphinic acid), TBP(Tri-butyl-phosphate) 등을 사용할 수 있다. 희석제로 Kerosene을 사용하여 추출제의 농도를 5 ~ 30wt%로 조절한 것일 수 있다. 한편, 유기용액은 희석제로서 Kerosene을 사용하는 대신에, 다른 탈방향족 탄화수소를 희석제로 사용하여 추출제의 농도를 5 ~ 30wt%로 조절한 것일 수도 있다. The organic solution can be used as an extractant for extracting rare earth elements, and cationic extractants such as PC88A (2-ethylhexyl phosphoric acid mono-2-ethyl-hexyl ester), D2EHPA (Di-2-ethylhexyl phosphoric acid), Cyanex272 (Bis-2,4,4-trimethylpentyl phosphinic acid), and TBP (Tri-butyl-phosphate) can be used. The concentration of the extractant can be adjusted to 5 to 30 wt% by using kerosene as a diluent. Meanwhile, instead of using kerosene as a diluent, the organic solution can be used as a diluent by adjusting the concentration of the extractant to 5 to 30 wt% by using another dearomatized hydrocarbon.
본 발명에서는 에멀젼 형성을 위해, 용액내부에서 추가적인 물리적인 교반을 위한 모터의 구동 또는 유화제나 해유제와 같은 상의 혼합과 분리를 위한 화학약품을 사용하지 않아 보다 친환경적이고 경제적인 희토류추출이 가능하도록 한다. In the present invention, for forming an emulsion, a motor for additional physical stirring within the solution or chemicals for mixing and separating phases, such as an emulsifier or a defoaming agent, are not used, thereby enabling more environmentally friendly and economical extraction of rare earth elements.
도 3은 도 1에 도시된 상부 용기(200)를 나타내는 확대 사시도이다.Figure 3 is an enlarged perspective view showing the upper container (200) illustrated in Figure 1.
도 3을 참조하면, 상부 용기(200)는 용기 본체(210), 컬럼 연결구(220), 유기용액 배출구(230) 및 관 삽입구(240)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the upper container (200) includes a container body (210), a column connection port (220), an organic solution discharge port (230), and a tube insertion port (240).
용기 본체(210)는 유기용액을 수용하기 위한 공간을 제공하는 것으로, 통형 구조체일 수 있다. 이때, 통형 구조체의 형태는 원통형 또는 다각통형 등일 수 있다. The container body (210) provides a space for containing an organic solution and may be a cylindrical structure. At this time, the shape of the cylindrical structure may be a cylindrical shape or a polygonal cylinder shape, etc.
컬럼 연결구(220)는 용기 본체(210)의 하단의 중심에 형성된 홀이다. 컬럼 연결구(220)는 연결 컬럼(300)과 연통될 수 있도록 개구가 형성되어 있으며, 연결 컬럼(300)과 나사 결합을 위한 나사산이 형성된 홀 구조일 수도 있고, 끼움결합을 위한 홀 구조일 수도 있다.The column connection port (220) is a hole formed in the center of the bottom of the container body (210). The column connection port (220) has an opening formed so that it can communicate with the connection column (300), and may be a hole structure in which screw threads are formed for screw connection with the connection column (300), or may be a hole structure for insertion connection.
유기용액 배출구(230)는 유기용액 토출부(400)의 구성요소인 유기용액 순환관(420)과 연결되어 있으며, 용기 본체(210)에 저장되어 있는 유기용액을 유기용액 순환관(420)으로 배출시키기 위한 홀 구조를 포함하고 있다. 도 3에서는 유기용액 배출구(230)가 용기 본체(210)의 상단에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이며, 용기 본체(210)의 상부 측면에 형성된 것일 수도 있다.The organic solution discharge port (230) is connected to the organic solution circulation pipe (420), which is a component of the organic solution discharge unit (400), and includes a hole structure for discharging the organic solution stored in the container body (210) to the organic solution circulation pipe (420). In Fig. 3, the organic solution discharge port (230) is shown as being formed at the upper end of the container body (210), but this is exemplary, and it may be formed at the upper side of the container body (210).
관 삽입구(240)는 수용액 토출부(500)의 구성요소인 수용액 토출노즐(510) 및 수용액 순환관(520)이 삽입될 수 있는 홀 구조를 포함하고 있다. 관 삽입구(240)에 수용액 토출노즐(510) 및 수용액 순환관(520)이 삽입된 상태에서 관 삽입구(240)는 유기용액이 누수되지 않도록 밀봉처리될 수 있다. 관 삽입구(240)는 밀봉 처리를 위한 실링 부재를 포함할 수 있다.The tube insertion port (240) includes a hole structure into which the solution discharge nozzle (510) and the solution circulation pipe (520), which are components of the solution discharge unit (500), can be inserted. When the solution discharge nozzle (510) and the solution circulation pipe (520) are inserted into the tube insertion port (240), the tube insertion port (240) can be sealed to prevent the organic solution from leaking. The tube insertion port (240) can include a sealing member for sealing.
도 3에서는 관 삽입구(240)가 용기 본체(110)의 상단에 형성된 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것이며, 관 삽입구(240)가 용기 본체(210)의 측면에 형성된 것일 수도 있다.In Fig. 3, the tube insertion port (240) is shown as being formed at the top of the container body (110), but this is exemplary, and the tube insertion port (240) may be formed at the side of the container body (210).
연결 컬럼(300)은 하부 용기(100)와 상기 상부 용기(200)를 연결한다. A connecting column (300) connects the lower container (100) and the upper container (200).
도 4는 도 1에 도시된 연결 컬럼(300)을 나타내는 확대 사시도이다.Figure 4 is an enlarged perspective view showing the connecting column (300) illustrated in Figure 1.
도 4를 참조하면, 연결 컬럼(300)은 통형 구조체일 수 있다. 이때, 통형 구조체의 형태는 원통형 또는 다각통형 등일 수 있다. Referring to FIG. 4, the connecting column (300) may be a cylindrical structure. At this time, the shape of the cylindrical structure may be a cylinder or a polygonal cylinder.
연결 컬럼(300)은 하부 용기(100) 및 상부 용기(200)와 나사 결합 또는 끼움결합 등을 위해, 일단(310) 및 타단(320)에 각각 나사산이 형성되어 있거나, 끼움 결합을 위한 단차가 형성된 것일 수 있다. The connecting column (300) may have screw threads formed at one end (310) and the other end (320) for screw connection or fitting connection with the lower container (100) and the upper container (200), or may have a step formed for fitting connection.
연결 컬럼(300)은 통형 구조체의 폭방향 단면 크기는 하부 용기(100) 및 상부 용기(200)의 폭방향 단면 크기에 비해서 상대적으로 작은 것일 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 단면 크기가 작은 연결 컬럼(300)에서 형성된 에멀젼 액적이 단면적이 상대적으로 큰 하부 용기(100) 및 상부 용기(200)로 이동하면서 급격히 유속이 감소하게 되고, 이로 인해 빠른 유속을 갖는 후속 에멀젼 액적과 충돌하게 된다. 따라서, 연결 컬럼(300)에서 형성된 액적이 하부 용기(100) 및 상부 용기(200) 상에서 급격히 성장 및 파열되면서 에멀젼이 빠르게 해소될 수 있다. The connecting column (300) may have a cross-sectional size in the width direction of the cylindrical structure that is relatively smaller than the cross-sectional sizes in the width direction of the lower container (100) and the upper container (200). Accordingly, the emulsion droplets formed in the connecting column (300) having a relatively small cross-sectional size rapidly decrease in velocity as they move to the lower container (100) and the upper container (200) having a relatively large cross-sectional area, thereby colliding with subsequent emulsion droplets having a high velocity. Accordingly, the emulsion may be rapidly resolved as the droplets formed in the connecting column (300) rapidly grow and rupture on the lower container (100) and the upper container (200).
유기용액 토출부(400)는 유기용액을 연결 컬럼(300) 내의 하부에서 상부 방향으로 토출시킨다. The organic solution discharge unit (400) discharges the organic solution from the bottom to the top within the connection column (300).
도 1에 도시된 바와 같이, 유기용액 토출부(400)는 유기용액 토출노즐(410), 유기용액 순환관(420) 및 유기용액 순환펌프(430)를 포함한다.As shown in Fig. 1, the organic solution discharge unit (400) includes an organic solution discharge nozzle (410), an organic solution circulation pipe (420), and an organic solution circulation pump (430).
유기용액 토출노즐(410)은 하부 용기(100)와 연결 컬럼(300)이 결합하는 위치 상에 배치되어 있으며, 유기용액을 연결 컬럼(300) 내의 하부에서 상부 방향으로 토출시킨다. 유기용액 토출노즐(410)의 전단부에는 복수개의 기공이 타공된 teflon mesh의 노즐 필터가 구비되어 있을 수 있다. 이때, 기공의 크기는 10 내지 100 [㎛]까지 다양한 크기를 가질 수 있다. 다음의 표 2는 노즐 필터의 기공 크기를 예시하는 표이다.The organic solution discharge nozzle (410) is positioned at a position where the lower vessel (100) and the connection column (300) are connected, and discharges the organic solution from the lower portion of the connection column (300) toward the upper portion. A nozzle filter made of Teflon mesh having a plurality of pores may be provided at the front end of the organic solution discharge nozzle (410). At this time, the pore sizes may vary from 10 to 100 [㎛]. Table 2 below is a table showing examples of pore sizes of the nozzle filter.
표 2는 유상 노즐 제작에 사용된 glass filter의 종류를 나타낸 것이다. 통상 기공 크기에 따라 분류하며, P2에서 P4로 숫자가 커질수록 filter의 기공 크기가 100~10㎛까지 미세해진다.Table 2 shows the types of glass filters used in the production of liquid nozzles. They are usually classified by pore size, and as the number increases from P2 to P4, the pore size of the filter becomes finer, from 100 to 10 ㎛.
도 5는 유기용액 토출노즐(410)의 종류를 예시하는 참조도이다.Figure 5 is a reference drawing exemplifying the types of organic solution discharge nozzles (410).
도 5의 (a)는 유기용액 토출노즐(410)에 구비된 노즐 필터에 액적의 경로를 제어하기 위한 필터 가이드가 없는 노즐을 나타내고, 도 5의 (b)는 노즐 필터로부터 연장된 필터 가이드의 높이가 4[mm] 이상 6[mm] 이하인 노즐을 나타내고, 도 5의 (c)는 노즐 필터로부터 연장된 필터 가이드의 높이가 20[mm] 이상인 노즐을 나타낸다.Fig. 5 (a) shows a nozzle without a filter guide for controlling the path of droplets in a nozzle filter provided in an organic solution discharge nozzle (410), Fig. 5 (b) shows a nozzle in which the height of a filter guide extended from a nozzle filter is 4 [mm] or more and 6 [mm] or less, and Fig. 5 (c) shows a nozzle in which the height of a filter guide extended from a nozzle filter is 20 [mm] or more.
유기용액 토출노즐(410)은 노즐 필터로부터 연장된 필터 가이드의 높이가 4[mm] 이상 6[mm] 이하인 것이 적절하고, 특히, 필터 가이드의 높이가 5[mm]를 갖는 노즐이 바람직하다.It is appropriate for the organic solution discharge nozzle (410) to have a filter guide extending from the nozzle filter of 4 [mm] or more and 6 [mm] or less in height, and in particular, a nozzle having a filter guide height of 5 [mm] is preferable.
또한, 유기용액 토출노즐(410)은 Full cone 형태의 스프레이 노즐로써 60[도] 이상 180[도] 이하의 분사각도와 일정 크기의 액적을 분사할 수 있는 금속 노즐에 해당할 수 있다.In addition, the organic solution discharge nozzle (410) may be a full cone-shaped spray nozzle that can be a metal nozzle capable of spraying droplets of a certain size at a spray angle of 60 degrees or more and 180 degrees or less.
도 6은 분사각도에 따른 Full cone 형태의 금속 재질인 유기용액 토출노즐(410)의 종류를 예시하는 참조도이다.Figure 6 is a reference drawing exemplifying the types of organic solution discharge nozzles (410) made of metal material in the shape of a full cone according to the injection angle.
도 6의 (a)는 유기용액의 분사각도가 90[도]에 해당하는 유기용액 토출노즐을 나타내고, 도 6의 (b)는 유기용액의 분사각도가 120[도]인 유기용액 토출노즐을 나타낸다. 유기용액의 분사각도에 따라 분당 분사되는 유량에 차이가 있다. Fig. 6 (a) shows an organic solution discharge nozzle having an organic solution spray angle of 90 [degrees], and Fig. 6 (b) shows an organic solution discharge nozzle having an organic solution spray angle of 120 [degrees]. The flow rate sprayed per minute differs depending on the organic solution spray angle.
유기용액 순환관(420)은 일단이 유기용액 토출노즐(410)과 연결되고 타단이 상부 용기(200)와 연결되어 있다. 유기용액 순환관(420)의 재질은 teflon tube 등일 수 있다.The organic solution circulation pipe (420) has one end connected to the organic solution discharge nozzle (410) and the other end connected to the upper container (200). The material of the organic solution circulation pipe (420) may be a Teflon tube, etc.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기용액 순환관(420)의 제1 단부(420-1)는 하부 용기(100)의 관 삽입구(140)를 관통하여 배치되되, 하부 용기(100)와 연결 컬럼(300)이 결합하는 위치 상에 배치된 유기용액 토출노즐(410)과 연결되어 있다.As illustrated in FIG. 1, the first end (420-1) of the organic solution circulation pipe (420) is positioned to penetrate the pipe insertion port (140) of the lower container (100), and is connected to the organic solution discharge nozzle (410) positioned at the position where the lower container (100) and the connection column (300) are joined.
또한, 유기용액 순환관(420)의 제2 단부(420-2)는 상부 용기(200)의 내부와 연통되어 있다. 유기용액 순환관(420)의 제2 단부(420-2)는 상부 용기(200)의 유기용액 배출구(230)를 관통하여 상부 용기(200)의 내부에 배치되어 있다. 이에 따라, 상부 용기(200) 내에 존재하는 유기용액이 유기용액 순환펌프(430)에 의해 유기용액 순환관(420)의 제2 단부(420-2)로 유입되고, 이렇게 유입된 유기용액이 유기용액 토출노즐(410)로 전달될 수 있다.In addition, the second end (420-2) of the organic solution circulation pipe (420) is connected to the interior of the upper container (200). The second end (420-2) of the organic solution circulation pipe (420) passes through the organic solution discharge port (230) of the upper container (200) and is disposed inside the upper container (200). Accordingly, the organic solution present in the upper container (200) is introduced into the second end (420-2) of the organic solution circulation pipe (420) by the organic solution circulation pump (430), and the organic solution introduced in this way can be delivered to the organic solution discharge nozzle (410).
유기용액 순환펌프(430)는 유기용액 순환관(420)과 결합되어 있으며, 상부 용기(200) 내에 수용되어 있는 유기용액을 유기용액 순환관(420)을 통해 유기용액 토출노즐(410)로 공급한다. 유기용액 순환펌프(430)는 튜빙 펌프(페리스탈틱 펌프) 등이 사용될 수 있다. 유기용액 순환펌프(430)는 유량을 컨트롤 할 수 있는 컨트롤러, 유기용액을 이송하기 위한 튜브관 및 튜브 관을 짜낼 수 있는 롤러가 달린 펌프 헤드를 포함할 수 있다. The organic solution circulation pump (430) is connected to the organic solution circulation pipe (420) and supplies the organic solution contained in the upper container (200) to the organic solution discharge nozzle (410) through the organic solution circulation pipe (420). A tubing pump (peristaltic pump), etc. may be used as the organic solution circulation pump (430). The organic solution circulation pump (430) may include a controller capable of controlling the flow rate, a tube pipe for transporting the organic solution, and a pump head with a roller capable of squeezing the tube pipe.
수용액 토출부(500)는 희토류 수용액을 연결 컬럼(300) 내에서 하부 방향으로 토출시킨다.The aqueous solution discharge unit (500) discharges the rare earth aqueous solution downward within the connecting column (300).
도 1에 도시된 바와 같이, 수용액 토출부(500)는 수용액 토출노즐(510), 수용액 순환관(520) 및 수용액 순환펌프(530)를 포함한다.As shown in Fig. 1, the aqueous solution discharge unit (500) includes an aqueous solution discharge nozzle (510), an aqueous solution circulation pipe (520), and an aqueous solution circulation pump (530).
수용액 토출노즐(510)은 상부 용기(100)의 내부 하단에 배치되어 있으며, 희토류 수용액을 연결 컬럼(300) 내부에서 하부 방향으로 토출시킨다. 수용액 토출노즐(510)의 형상 및 크기는 필요에 따라 설계 변경이 가능하다. 예를 들어, 수용액 토출노즐(510)의 전단부에는 직경 0.3[mm] 구멍이 12개 타공된 teflon mesh의 필터가 구비되어 있을 수 있다. The aqueous solution discharge nozzle (510) is placed at the lower part inside the upper container (100) and discharges the rare earth aqueous solution downward from inside the connecting column (300). The shape and size of the aqueous solution discharge nozzle (510) can be changed in design as needed. For example, the front end of the aqueous solution discharge nozzle (510) may be equipped with a Teflon mesh filter having 12 holes with a diameter of 0.3 [mm].
수용액 순환관(520)은 일단이 수용액 토출노즐(510)과 연결되고 타단이 하부 용기(100)와 연결되어 있다. 수용액 순환관(520)의 재질은 teflon tube 등일 수 있다.The aqueous solution circulation pipe (520) has one end connected to the aqueous solution discharge nozzle (510) and the other end connected to the lower container (100). The material of the aqueous solution circulation pipe (520) may be a Teflon tube, etc.
도 1에 도시된 바와 같이, 수용액 순환관(520)의 제1 단부(520-1)는 상부 용기(200)의 관 삽입구(240)를 관통하여 배치되되, 상부 용기(200)와 연결 컬럼(300)이 결합하는 위치 상에 배치된 수용액 토출노즐(510)과 연결되어 있다.As illustrated in FIG. 1, the first end (520-1) of the aqueous solution circulation pipe (520) is positioned to penetrate the pipe insertion port (240) of the upper container (200), and is connected to the aqueous solution discharge nozzle (510) positioned at the position where the upper container (200) and the connecting column (300) are joined.
또한, 수용액 순환관(520)의 제2 단부(520-2)는 하부 용기(100)의 내부와 연통되어 있다. 수용액 순환관(520)의 제2 단부(520-2)는 하부 용기(100)의 수용액 배출구(130)와 연통되도록 배치되어 있다. 이에 따라, 하부 용기(100) 내에 존재하는 희토류 수용액이 수용액 순환펌프(530)에 의해 수용액 순환관(520)의 제2 단부(520-2)로 유입되고, 이렇게 유입된 희토류 수용액이 수용액 토출노즐(510)로 전달될 수 있다.In addition, the second end (520-2) of the aqueous solution circulation pipe (520) is connected to the interior of the lower container (100). The second end (520-2) of the aqueous solution circulation pipe (520) is arranged to be connected to the aqueous solution discharge port (130) of the lower container (100). Accordingly, the rare earth aqueous solution present in the lower container (100) is introduced into the second end (520-2) of the aqueous solution circulation pipe (520) by the aqueous solution circulation pump (530), and the rare earth aqueous solution introduced in this way can be delivered to the aqueous solution discharge nozzle (510).
수용액 공급펌프(530)는 수용액 순환관(520)과 결합되어 있으며, 하부 용기(100) 내에 수용되어 있는 희토류 수용액을 수용액 순환관(520)을 통해 수용액 토출노즐(510)로 공급한다. 수용액 순환펌프(530)는 튜빙 펌프(페리스탈틱 펌프) 등이 사용될 수 있다. 수용액 순환펌프(530)는 유량을 컨트롤 할 수 있는 컨트롤러, 수용액을 이송하기 위한 튜브관 및 튜브관을 짜낼 수 있는 롤러가 달린 펌프 헤드를 포함할 수 있다. The aqueous solution supply pump (530) is connected to the aqueous solution circulation pipe (520) and supplies the rare earth aqueous solution contained in the lower container (100) to the aqueous solution discharge nozzle (510) through the aqueous solution circulation pipe (520). The aqueous solution circulation pump (530) may use a tubing pump (peristaltic pump), etc. The aqueous solution circulation pump (530) may include a controller capable of controlling the flow rate, a tube for transporting the aqueous solution, and a pump head with a roller capable of squeezing the tube.
도 7은 본 발명에 따른 희토류 분리장치를 이용한 희토류 분리방법을 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다.Figure 7 is a flow chart of one embodiment for explaining a rare earth separation method using a rare earth separation device according to the present invention.
먼저, 희토류 분리장치에서 상기 연결 컬럼의 중간 높이까지 상기 희토류 수용액을 채워넣고, 상기 상부 용기의 상단까지 상기 유기용액을 채워넣는다(S1000 단계). 희토류 분리장치를 구성하는 하부 용기와 연결 컬럼의 중간 높이까지 희토류 수용액을 채워 넣는다. 추출제가 함유된 용매인 유기용액을 희토류 분리장치를 구성하는 상부 용기의 일정 높이까지 채워넣는다. 이에 따라, 희토류 분리장치의 연결 컬럼 내의 희토류 수용액과 유기 용액의 비율이 1:1이 되도록 한다. First, the rare earth aqueous solution is filled to the middle height of the connecting column in the rare earth separation device, and the organic solution is filled to the top of the upper container (step S1000). The rare earth aqueous solution is filled to the middle height of the lower container constituting the rare earth separation device and the connecting column. The organic solution, which is a solvent containing an extractant, is filled to a certain height of the upper container constituting the rare earth separation device. Accordingly, the ratio of the rare earth aqueous solution and the organic solution in the connecting column of the rare earth separation device becomes 1:1.
S1000 단계 후에, 희토류 분리장치의 수용액 토출부 및 유기용액 토출부를 구동하여 희토류 수용액 및 유기용액을 각각 순환시킨다(S1010 단계). After step S1000, the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit of the rare earth separation device are driven to circulate the rare earth aqueous solution and the organic solution, respectively (step S1010).
수용액 토출부의 수용액 순환펌프와 유기용액 토출부의 유기용액 순환펌프를동시에 가동함으로써, 연결 컬럼 내에 형성되는 에멀젼 형성 거동을 관찰한다. 이때, 희토류 수용액의 유송량은 30 [ml/min]으로 하고, 유기용액의 유송량은 240 [ml/min]으로 설정할 수 있다. By operating the aqueous solution circulation pump of the aqueous solution discharge unit and the organic solution circulation pump of the organic solution discharge unit simultaneously, the emulsion formation behavior formed in the connecting column is observed. At this time, the flow rate of the rare earth aqueous solution can be set to 30 [ml/min], and the flow rate of the organic solution can be set to 240 [ml/min].
S1010 단계 후에, 희토류 분리장치의 연결 컬럼에서 형성되는 에멀젼 상태에 따라 수용액 토출부 및 유기용액 토출부의 구동 조건을 조정한다(S1020 단계).After step S1010, the operating conditions of the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit are adjusted according to the emulsion state formed in the connecting column of the rare earth separation device (step S1020).
하부 용기와 상부 용기에서 에멀젼 액적의 overflow가 되지 않도록 유기용액 순환펌프와 수용액 순환펌프의 rpm을 조정한다. 투입된 수용액이 1, 2, 3회 순환이 되는 시점에서 각각 수용액의 샘플을 채취한 후 수용액에 분석을 수행한다.Adjust the rpm of the organic solution circulation pump and the aqueous solution circulation pump to prevent overflow of emulsion droplets in the lower and upper containers. Collect samples of the aqueous solution at each time point when the injected aqueous solution has been circulated 1, 2, and 3 times, and then perform an analysis on the aqueous solution.
수용액 순환펌프가 순환시킨 용액량이 초기에 투입된 희토류 수용액의 량과 같아지면 희토류 수용액 샘플을 채취한다. 채취한 희토류 수용액 샘플은 ICP-MASS 로 희토류 성분을 분석하고, 분석결과를 바탕으로 각 조건에 따른 추출율(Extraction), 분배계수(D), 분리계수(β)를 다음의 수학식 1 내지 3을 이용해 산출할 수 있다.When the amount of solution circulated by the aqueous solution circulation pump becomes equal to the amount of rare earth aqueous solution initially injected, a rare earth aqueous solution sample is collected. The collected rare earth aqueous solution sample is analyzed for rare earth components using ICP-MASS, and based on the analysis results, the extraction rate, distribution coefficient (D), and separation coefficient (β) for each condition can be calculated using the following mathematical equations 1 to 3.
이때, CO는 초기 희토류 수용액의 개별 희토류 원소의 농도이고, Ceq는 용매추출 후 희토류 수용액의 개별 희토류 원소의 농도를 나타낸다.Here, C O represents the concentration of individual rare earth elements in the initial rare earth aqueous solution, and C eq represents the concentration of individual rare earth elements in the rare earth aqueous solution after solvent extraction.
본 발명의 희토류 분리장치는 초기 투입된 용액만으로 용매추출하는 batch식의 에멀젼 플로우를 위한 장치이다. 예를 들어, 본 희토류 분리장치의 중앙에는 수상과 유상이 에멀젼 상태로 혼합되는 연결 컬럼이 위치한다. 연결 컬럼의 상부에는 상분리된 유상이 모이는 상부 용기가 형성되어 있고, 연결 컬럼의 하부에는 상분리된 수상이 모이는 하부 용기가 구비되어 있다. 연결 컬럼의 상단에는 수상이 분무되는 노즐이, 하단에는 유상이 분무되는 노즐이 존재한다. 하부 용기와 상단의 수상 노즐을 teflon tube 등으로 연결하여 수상이 순환하도록 한다. 또한, 상부 용기와 하단의 유상 노즐을 연결하여 유상이 순환하도록 하여 외부 용액의 추가 투입없이 용액이 끊임없이 순환되는 구조로 구성되어 있다. The rare earth separation device of the present invention is a device for batch-type emulsion flow that extracts solvent using only the initially introduced solution. For example, a connecting column in which an aqueous phase and an oil phase are mixed in an emulsion state is located at the center of the rare earth separation device. An upper container in which a phase-separated oil phase is collected is formed at the upper part of the connecting column, and a lower container in which a phase-separated aqueous phase is collected is provided at the lower part of the connecting column. A nozzle for spraying an aqueous phase exists at the upper part of the connecting column, and a nozzle for spraying an oil phase exists at the lower part. The lower container and the upper aqueous phase nozzle are connected using a Teflon tube or the like to allow the aqueous phase to circulate. In addition, the upper container and the lower oil phase nozzle are connected to allow the oil phase to circulate, so that the solution is structured to continuously circulate without additional input of an external solution.
본 발명의 희토류 분리장치는 연결 컬럼에서 에멀젼이 형성되고 상, 하단의 상분리부(하부 용기, 상부 용기)에서 에멀젼 상이 분리되어 용매 추출이 이루어진다. 따라서, 연결 컬럼에서 안정적인 에멀젼 상의 형성이 중요하다. In the rare earth separation device of the present invention, an emulsion is formed in a connecting column, and the emulsion phase is separated in the upper and lower phase separation units (lower vessel, upper vessel) to perform solvent extraction. Therefore, the formation of a stable emulsion phase in the connecting column is important.
이에 따라, 안정적인 에멀젼 상을 형성하는 조건을 확인하기 위하여 다양한 형태와 기공 크기의 유상 노즐을 이용하여 에멀젼 층이 얼마나 연결 컬럼에서 형성되어 충진시키는지를 관찰하고, 형성된 에멀젼 층이 연결 컬럼를 얼마나 채우는지를 평가한다.Accordingly, in order to confirm the conditions for forming a stable emulsion phase, various shapes and pore sizes of oil nozzles are used to observe how much of the emulsion layer is formed and filled in the connecting column, and how much of the formed emulsion layer fills the connecting column is evaluated.
다음의 표 3은 유상 노즐의 형태와 노즐 필터의 기공 크기에 따라 형성된 에멀젼 층이 연결 컬럼을 채우는 비율을 정량적으로 나타낸 결과이다. Table 3 below quantitatively shows the results of the ratio of the emulsion layer formed according to the shape of the oil nozzle and the pore size of the nozzle filter filling the connecting column.
여기서, Type A는 도 5의 (a)에 도시된 유기용액 토출노즐을 나타내고, Type B는 도 5의 (b)에 도시된 유기용액 토출노즐을 나타내고, Type C는 도 5의 (c)에 도시된 유기용액 토출노즐을 나타낸다. Type B의 경우, 필터의 기공 크기와 상관없이 연결 컬럼에서 에멀젼 층이 충분히 형성된다. 그 외 Type A, Type C의 경우 노즐 기공 크기가 P2일 때만 연결 컬럼을 완전히 채울만큼 에멀젼이 충분히 충진된다. Type C는 노즐 턱이 높아 상단에서 형성되어 하단으로 내려오는 수상 액적이 유상 노즐 안에 유입되는 경향을 나타낸다. 이 때, 유상 노즐에서 분무된 유상 액적이 유상 노즐에 유입된 유상 액적의 수십배 이상 큰 수상 액적의 계면을 따라 상승하면서 모여 마이크로 수준 보다 큰 액적을 형성하면서 에멀젼 형성을 방해한 것으로 판단된다. 따라서, type B 형태의 노즐이 에멀젼 형성에 가장 유리한 조건이라 판단된다.Here, Type A represents the organic solution discharge nozzle illustrated in (a) of Fig. 5, Type B represents the organic solution discharge nozzle illustrated in (b) of Fig. 5, and Type C represents the organic solution discharge nozzle illustrated in (c) of Fig. 5. In the case of Type B, an emulsion layer is sufficiently formed in the connecting column regardless of the pore size of the filter. In the other cases of Type A and Type C, the emulsion is sufficiently filled to completely fill the connecting column only when the nozzle pore size is P2. Type C shows a tendency for the water droplets formed at the top and descending to flow into the oil nozzle since the nozzle jaw is high. At this time, it is judged that the oil droplets sprayed from the oil nozzle rise along the interface of the water droplets that are tens of times larger than the oil droplets that flowed into the oil nozzle and gather to form droplets larger than the micro level, thereby hindering the formation of the emulsion. Therefore, it is judged that the nozzle of the type B type has the most favorable conditions for emulsion formation.
유기용액 토출노즐의 종류 및 필터의 기공 크기에 따른 희토류 추출 거동을 다음과 같이 확인할 수 있다.The rare earth extraction behavior according to the type of organic solution discharge nozzle and the pore size of the filter can be confirmed as follows.
다음의 표 4는 cone 형태의 다양한 유기용액 토출노즐들의 사양을 예시하는 표이다.Table 4 below provides examples of the specifications of various cone-shaped organic solution discharge nozzles.
유기용액 토출노즐 A, B, C, D의 직경 및 분사각에 따라 분당 분사되는 유량에 차이가 있다. 특히, 유기용액 토출노즐 D는 분사각도가 120[도]로 다른 유기용액 토출노즐 A, B, C보다 넓다.There is a difference in the flow rate sprayed per minute depending on the diameter and spray angle of the organic solution discharge nozzles A, B, C, and D. In particular, the organic solution discharge nozzle D has a spray angle of 120 [degrees], which is wider than that of the other organic solution discharge nozzles A, B, and C.
도 8은 유기용액 토출노즐의 종류별 추출율을 비교하는 그래프이고, 다음의 표 5는 이에 따른 추출율(%)을 나타내는 표이다.Figure 8 is a graph comparing the extraction rates by type of organic solution discharge nozzle, and Table 5 below is a table showing the extraction rates (%) according to the types.
도 8 및 표 5에 따르면, 분사되는 유량이 가장 적은 유기용액 토출노즐 A의 추출율이 가장 높다. 이에 따르면, 분사 노즐의 구멍(오리피스 직경)이 작아서 분사 유량이 적고, 받는 압력이 보다 높기 때문에 분사되는 액적의 크기가 더 작고 균일한 것으로 판단된다. According to Fig. 8 and Table 5, the extraction rate of the organic solution discharge nozzle A with the smallest sprayed flow rate is the highest. According to this, it is judged that the size of the sprayed droplets is smaller and more uniform because the hole (orifice diameter) of the spray nozzle is small, the sprayed flow rate is small, and the pressure received is higher.
도 9는 유기용액 토출노즐의 분사각에 따른 추출율을 비교하는 그래프이고, 다음의 표 6은 이에 따른 추출율(%)을 나타내는 표이다.Figure 9 is a graph comparing the extraction rate according to the injection angle of the organic solution discharge nozzle, and Table 6 below is a table showing the extraction rate (%) according to the injection angle.
도 9 및 표 6에 따르면, 분사되는 각도가 120[도]에 해당하는 유기용액 토출노즐 D의 추출율이 더 높다. 이에 따르면, 액적이 넓게 분사되어, 액적 간에 합체되어 큰 액적을 형성하는 비율이 더 낮기 때문인 것으로 판단된다.According to Fig. 9 and Table 6, the extraction rate of the organic solution discharge nozzle D at an injection angle of 120 degrees is higher. According to this, it is judged that this is because the droplets are sprayed widely, and the rate at which the droplets coalesce to form large droplets is lower.
도 10은 유기용액 토출노즐의 재질에 따른 추출율을 비교하는 그래프이고, 다음의 표 7은 이에 따른 추출율(%)을 나타내는 표이다.Figure 10 is a graph comparing the extraction rate according to the material of the organic solution discharge nozzle, and Table 7 below is a table showing the extraction rate (%) according to the material.
도 10 및 표 7에 따르면, Glass filter로 추출한 경우의 추출율이 더 우수하나, 그 차이가 7% 수준으로 노즐 막힘 현상의 대안책으로 금속 노즐의 대체가 유효할 것인지를 판단하기 위함이다. According to Fig. 10 and Table 7, the extraction rate is better when extracted using a glass filter, but the difference is only 7%, so the purpose is to determine whether replacing the metal nozzle is an effective alternative to the nozzle clogging phenomenon.
이에 따르면, Dy 추출율은 glass filter가 94.75%로 더 높게 나타나고, 경희토류 추출율은 금속 노즐이 최대 4% 더 높게 나타난다. 이는 후속 공정인 scrubbing, stripping을 통해 경희토류를 제거할 수 있고, 노즐 막힘 현상을 감안했을 때 금속 노즐이 glass filter의 대체재가 될 수 있다고 판단할 수 있다.According to this, the Dy extraction rate is higher at 94.75% for the glass filter, and the rare earth extraction rate is up to 4% higher for the metal nozzle. This means that rare earth elements can be removed through subsequent processes such as scrubbing and stripping, and considering the nozzle clogging phenomenon, it can be judged that the metal nozzle can be a substitute for the glass filter.
도 11은 노즐의 필터 기공 크기에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다. Figure 11 shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the filter pore size of the nozzle.
도 11의 (a)는 유기용액 토출노즐이 Type A인 경우에 필터의 기공 크기에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이고, 도 11의 (b)는 유기용액 토출노즐이 Type B인 경우에 필터의 기공 크기에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이고, 도 11의 (c)는 유기용액 토출노즐이 Type C인 경우에 필터의 기공 크기에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다. 도 11의 분리계수는 Nd의 분배계수와 Dy의 분배계수를 이용해 산출한 것이다.Fig. 11 (a) shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the pore size of the filter when the organic solution discharge nozzle is Type A, Fig. 11 (b) shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the pore size of the filter when the organic solution discharge nozzle is Type B, and Fig. 11 (c) shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the pore size of the filter when the organic solution discharge nozzle is Type C. The separation coefficient of Fig. 11 is calculated using the distribution coefficient of Nd and the distribution coefficient of Dy.
기공 크기가 P2에서 P4로 변경에 따른 Dy의 추출율은 94.27, 94.11, 94.08[%]로 비슷한 수준이다. 하지만, 경희토류인 La, Ce, Pr, Nd는 2~3[%] 가량 추출율이 소폭 상승한다. 유기용액 토출노즐의 필터 기공 크기가 작아질수록 분무되는 유상 액적의 크기가 작아져 유상과 수상이 반응하는 표면적이 증가하는 것으로 판단된다. 따라서, 유상과 수상의 혼합반응이 더 활발해져 추출율이 상승하는 것으로 판단된다. The extraction rates of Dy according to the change in pore size from P2 to P4 are similar at 94.27, 94.11, and 94.08[%]. However, the extraction rates of rare earth elements La, Ce, Pr, and Nd slightly increase by 2–3[%]. It is judged that as the filter pore size of the organic solution discharge nozzle decreases, the size of the sprayed oil droplets decreases, and the surface area where the oil and water phases react increases. Therefore, it is judged that the mixing reaction of the oil and water phases becomes more active, increasing the extraction rate.
펄터 기공이 미세할수록 추출율은 소폭 증가하지만, 분리효율이 감소하기 때문에 적절한 기공 크기를 선정할 필요가 있다. 또한, 추출 공정 후 필터 표면에 불순물이 누적되는 현상이 있어 기공이 미세할수록 막히기 쉬울 것으로 예상된다. 따라서, 추출율이 높고 기공 크기가 큰 P2 필터가 가장 적합한 크기인 것으로 판단된다.As the pore size of the filter is finer, the extraction rate slightly increases, but the separation efficiency decreases, so it is necessary to select an appropriate pore size. In addition, since impurities accumulate on the filter surface after the extraction process, it is expected that the finer the pores, the easier it is to become clogged. Therefore, it is judged that the P2 filter, which has a high extraction rate and large pore size, is the most suitable size.
도 12는 노즐의 형태에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다. Figure 12 shows the change in extraction rate and separation coefficient of rare earth elements according to the shape of the nozzle.
도 12의 (a)는 필터의 기공 크기가 P2인 경우에 노즐 형태에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이고, 도 12의 (a)는 필터의 기공 크기가 P2인 경우에 노즐 형태에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이고, 도 12의 (a)는 필터의 기공 크기가 P2인 경우에 노즐 형태에 따른 희토류의 추출율 변화와 분리계수를 나타낸 것이다. Figure 12 (a) shows the change in extraction rate and separation factor of rare earth elements according to the nozzle shape when the pore size of the filter is P2, and Figure 12 (a) shows the change in extraction rate and separation factor of rare earth elements according to the nozzle shape when the pore size of the filter is P2, and Figure 12 (a) shows the change in extraction rate and separation factor of rare earth elements according to the nozzle shape when the pore size of the filter is P2.
필터가 5[mm]의 전단부를 갖는 유기용액 토출노즐 B를 제외하면 에멀젼 층이 충분히 형성되지 않았다. 본 발명의 희토류 분리장체는 마이크로 수준의 액적의 혼합으로 에멀젼이 형성되어야 용매추출이 일어난다. Dy의 추출율은 노즐 필터의 기공 크기와 무관하게 높게 나타났다. 유기용액 토출노즐 A 및 B는 Dy의 추출율이 90% 이상이었고, 유기용액 토출노즐 C는 80~90%의 추출율을 나타내었다. 분리계수 값 또한 type B > type A > type C 순서로 높게 나타났다.Except for the organic solution discharge nozzle B having a front end of 5 [mm], the emulsion layer was not sufficiently formed. In the rare earth separation device of the present invention, solvent extraction occurs only when an emulsion is formed by mixing micro-level droplets. The extraction rate of Dy was high regardless of the pore size of the nozzle filter. Organic solution discharge nozzles A and B showed an extraction rate of Dy of 90% or more, and organic solution discharge nozzle C showed an extraction rate of 80 to 90%. The separation coefficient values also showed high values in the order of type B > type A > type C.
유기용액 토출노즐 C의 경우, 상단의 수용액 토출노즐로부터 내려온 수상 에멀젼이 하단의 하부 용기로 가지 못하고, 유기용액 토출노즐 C의의 필터 위에 일부 유입되어 고립되는 현상을 보였다. 이 때문에, 수상 에멀젼은 하단의 하부 용기에서 수상으로 흡수되고, 유상 에멀젼은 상단의 상부 용기에서 유상으로 흡수되는 안정적인 에멀젼 플로우 형성에 비해, 노즐의 턱이 높은 관계로 수상 액적의 유입에 의한 에멀젼화의 불안정성이 발생함에 따라 추출율이 감소한 것으로 판단된다. 유기용액 토출노즐 A는 앞서 에멀젼 형성 과정에서 에멀젼 층이 연결 컬럼에서 충분히 충진되지는 못했지만, 안정적인 에멀젼 유동현상으로 추출율이 90%이상 나타난 것으로 판단된다. 유기용액 토출노즐 B는 정상적인 유동과 충분한 에멀젼 형성으로 인해 가장 높은 추출율을 나타냈다.In the case of the organic solution discharge nozzle C, the aqueous phase emulsion coming down from the upper aqueous solution discharge nozzle did not go to the lower container, but was partially introduced onto the filter of the organic solution discharge nozzle C and became isolated. For this reason, it is judged that the extraction rate decreased due to the instability of emulsification caused by the introduction of aqueous phase droplets due to the high jaw of the nozzle, compared to the stable emulsion flow formation in which the aqueous phase emulsion is absorbed into the aqueous phase in the lower container and the oil phase emulsion is absorbed into the oil phase in the upper container. It is judged that the extraction rate of the organic solution discharge nozzle A was over 90% due to the stable emulsion flow phenomenon even though the emulsion layer was not sufficiently filled in the connecting column during the previous emulsion formation process. The organic solution discharge nozzle B showed the highest extraction rate due to normal flow and sufficient emulsion formation.
이상과 같이 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed in the specification of the present invention do not limit the present invention. The scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technologies within the scope equivalent thereto should also be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10: 희토류 분리장치
100: 하부 용기
200: 상부 용기
300: 연결 컬럼
400: 유기용액 토출부
500: 수용액 토출부10: Rare Earth Separation Device
100: Lower container
200: Upper container
300: Connection Column
400: Organic solution discharge part
500: Aqueous solution discharge part
Claims (9)
상기 희토류 수용액으로부터 상기 희토류를 분리하기 위한 유기용액을 수용하는 상부 용기;
상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 연결하는 연결 컬럼;
상기 유기용액을 상기 연결 컬럼 내에서 상부 방향으로 토출시키는 유기용액 토출부; 및
상기 희토류 수용액을 상기 연결 컬럼 내에서 하부 방향으로 토출시키는 수용액 토출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.A lower vessel containing a rare earth aqueous solution with rare earth elements dissolved therein;
An upper container for containing an organic solution for separating the rare earth elements from the rare earth element aqueous solution;
A connecting column connecting the lower container and the upper container;
An organic solution discharge unit for discharging the organic solution upward within the connecting column; and
A rare earth separation device characterized by including a solution discharge unit that discharges the rare earth aqueous solution downward within the connecting column.
상기 유기용액 토출부는,
상기 하부 용기의 내부 상단에 배치되어 있으며, 상기 유기용액을 상기 연결 컬럼의 상부 방향으로 토출시키는 유기용액 토출노즐;
일단이 상기 유기용액 토출노즐과 연결되고 타단이 상기 상부 용기와 연결되어 있는 유기용액 순환관; 및
상기 유기용액 순환관과 결합되어 있으며, 상기 상부 용기 내에 수용되어 있는 상기 유기용액을 상기 유기용액 순환관을 통해 상기 유기용액 토출노즐로 공급하는 유기용액 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 1,
The above organic solution discharge unit is,
An organic solution discharge nozzle positioned at the inner upper portion of the lower container and discharging the organic solution in the upper direction of the connecting column;
An organic solution circulation pipe having one end connected to the organic solution discharge nozzle and the other end connected to the upper container; and
A rare earth separation device characterized by including an organic solution circulation pump which is connected to the organic solution circulation pipe and supplies the organic solution contained in the upper container to the organic solution discharge nozzle through the organic solution circulation pipe.
상기 유기용액 토출노즐은,
노즐 내에 구비된 노즐 필터로부터 연장된 필터 가이드의 높이가 4[mm] 이상 6[mm] 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 2,
The above organic solution discharge nozzle is,
A rare earth separation device characterized in that the height of a filter guide extended from a nozzle filter provided in a nozzle is 4 [mm] or more and 6 [mm] or less.
상기 유기용액 토출노즐은,
Full cone 형태의 스프레이 노즐로써 60[도] 이상 180[도] 이하의 분사각도와 일정 크기의 액적을 분사할 수 있는 금속 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치. In claim 2,
The above organic solution discharge nozzle is,
A rare earth separation device characterized by including a metal nozzle capable of spraying droplets of a certain size at a spray angle of 60 degrees or more and 180 degrees or less as a full cone-shaped spray nozzle.
상기 유기용액 순환관은,
제1 단부가 상기 하부 용기의 내부를 관통하여 상기 유기용액 토출노즐과 연결되어 있고, 제2 단부가 상기 상부 용기의 내부와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 2,
The above organic solution circulation pipe is,
A rare earth separation device characterized in that the first end penetrates the interior of the lower container and is connected to the organic solution discharge nozzle, and the second end is in communication with the interior of the upper container.
상기 수용액 토출부는,
상기 상부 용기의 내부 하단에 배치되어 있으며, 상기 희토류 수용액을 상기 연결 컬럼의 하부 방향으로 토출시키는 수용액 토출노즐;
일단이 상기 수용액 토출노즐과 연결되고 타단이 상기 하부 용기와 연결되어 있는 수용액 순환관; 및
상기 수용액 순환관과 결합되어 있으며, 상기 하부 용기 내에 수용되어 있는 상기 희토류 수용액을 상기 수용액 순환관을 통해 상기 수용액 토출노즐로 공급하는 수용액 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 1,
The above aqueous solution discharge unit is,
An aqueous solution discharge nozzle disposed at the inner lower part of the upper container and discharging the rare earth aqueous solution in the downward direction of the connecting column;
A solution circulation pipe having one end connected to the solution discharge nozzle and the other end connected to the lower container; and
A rare earth separation device characterized by including an aqueous solution circulation pump which is connected to the aqueous solution circulation pipe and supplies the rare earth aqueous solution contained in the lower container to the aqueous solution discharge nozzle through the aqueous solution circulation pipe.
상기 수용액 순환관은,
제1 단부가 상기 상부 용기의 내부를 관통하여 상기 수용액 토출노즐과 연결되어 있고, 제2 단부가 상기 하부 용기의 내부와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 6,
The above aqueous solution circulation pipe is,
A rare earth separation device characterized in that the first end penetrates the interior of the upper container and is connected to the aqueous solution discharge nozzle, and the second end is in communication with the interior of the lower container.
상기 연결 컬럼은,
통형 구조체이고, 상기 통형 구조체의 폭방향 단면 크기는 상기 하부 용기 및 상기 상부 용기의 폭방향 단면 크기에 비해서 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 희토류 분리장치.In claim 1,
The above connection column is,
A rare earth separation device characterized in that it is a cylindrical structure, and the widthwise cross-sectional size of the cylindrical structure is relatively smaller than the widthwise cross-sectional sizes of the lower container and the upper container.
상기 연결 컬럼의 중간 높이까지 상기 희토류 수용액을 채워넣고, 상기 상부 용기의 상단까지 상기 유기용액을 채워넣는 단계;
상기 수용액 토출부 및 상기 유기용액 토출부를 구동하여 상기 희토류 수용액 및 상기 유기용액을 각각 순환시키는 단계; 및
상기 연결 컬럼에서 형성되는 에멀젼 상태에 따라 상기 수용액 토출부 및 상기 유기용액 토출부의 구동 조건을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 희토류 분리방법.
In a rare earth separation method using the rare earth separation device of claim 1,
A step of filling the rare earth aqueous solution to the middle height of the connecting column and filling the organic solution to the top of the upper container;
A step of driving the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit to circulate the rare earth aqueous solution and the organic solution, respectively; and
A rare earth separation method characterized by including a step of adjusting the operating conditions of the aqueous solution discharge unit and the organic solution discharge unit according to the emulsion state formed in the above connecting column.
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