전해채취 - 불용성 양극(Insoluble anode)

불용성 양극은 전해채취에서 말 그대로 전기분해로 인하여 전해액에 용해되지 않는 양극입니다. 실제로 다양한 불순물(특히 망간)과 산소 등 다양한 요소에 의한 복합적인 요인에 의해 용해기도 하지만, 전해정련처럼 직접적으로 용해를 통해 금속을 공급해주는 양극과 대비됩니다. 전해채취에서 금속을 공급해주지 않는 불용성 양극의 역할은 아래와 같습니다.

 

- 전해조(electrowinning cell)내에서 도전체(conductor)로서 작용(전압을 발생)

- 물의 전기분해를 통해 산소를 발생시키고, 이를 통해 금속의 환원을 위한 전자를 발생

 

불용성 양극은 납을 주로한 합금이며, 전해채취 대상 금속에 따라서 그 성분이 조금씩 바뀝니다. 그러나, 전해채취에서 완전히 불용성이 아니며, 높은 산소 과전압이 요구되는 등 운전비를 낮추기 위하여 새로운 양극이 지속적으로 발전·개발되고 있습니다. 순수한 납 양극은 높은 과전압이 필요로 하고 부서지는 등 형태가 변하는 등 전해채취에 적합하지 않습니다. 목적금속에 따라 사용되는 합금 양극의 종류는 대략적으로 아래와 같습니다*.

*앞서 언급되었듯 최근에 사용되는 아노드의 성분은 다를 수 있음

- Cu electrowinning: Pb-Sb / Pb-Ca-Sn

- Zn electrowinning: Pb-Ag

- Co electrowinning: Pb-Ca-Sn

- Ni electrowinning: Pb-Sn-Sr

- Mn electrowinning: Pb-Sn-Co

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흔히, 아연 혹은 구리 전해채취 등 황산을 침출액/전해액으로 사용하는 공정에서는 아노드를 사용하면 아래와 같이 산화물**과 황산화물***의 겹(film)이 형성됩니다.

**양극에서 발생하는 산소의 영향과 ***전해액(황산)에 의한 영향

특히, PbO 혹은 PbO₂는 산화물이지만 여전히 아노드 역할을 수행할 수 있는 전도체(conductor)이며, 이들 막(film)은 전해채취 중 아노드를 어느 정도 보호해주고 동시에 제품이 납(불순물)에 오염되지 않도록 해줍니다. 이들 막이 아노드의 표면에 형성될 수 있는 것은 전압이 걸려 있는 상태입니다 (특히, PbSO₄는 황산에 용해가능). 따라서, 전압이 갑자기 사라지는 경우(정전 등의 이유)에는 이들이 용해되어 제품 생산에 영향을 줄 수 있습니다****.

****[참고] Lead contamination 방지를 위한 아노드 백(Anode Bag)