산업단지내에서 발생되는 플라이애시는 저열량의 석탄 및 로내 탈황을 하는 순환유동층 보일러로부터 배출되는데 기존의 플라이애시와는 성분 및 성질이 달라서 단순 폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 또한 폐기물 매립장 부족 및 폐기물의 해양 투기 전면금지로 폐기물 처리비용 증가로 인한 관련 업체의 경쟁력 악화가 증가할 것으로 예상되기 때문에 현실적인 재활용 대책이 요구되고 있다.본 과제의 핵심개발기술은 산업단지 내 발생되는 무기계산업부산물(slag 및 fly ash)에 기타 순환자원 부산물을 혼합하여 화학적 활성화(chemical activation)에 의해 반응성을 극대화 시키는 기술에 관한 것이다. 본 사업을 통해 산업단지 내에서 발생되는 무기계 산업부산물(slag 및 fly ash) 및 기타 순환자원 부산물을 재활용함으로써 자원 순환형 재활용화 체계 구축에 이바지하고자 한다. 또한, 지속적으로 증가하리라 예상되는 산업단지내 순환자원의 안정적, 친환경적이면서 경제적인 처리방식의 모델이 될수 있을 것으로 기대된다. 개발 기술의 활용에 따른 환경적 효과로는 고화재 사용량 10만톤으로 가정시 약 1.7만톤 정도의 CO2배출량 저감효과가 있으며, 친환경 고화재 적용에 따른 친환경 지반 안정화가 기대된다. 또한, 경제적 효과로는 고화재 원료로 재활용시 연간 약 9억원의 매립 처리비 절감이 가능하며, 기존 고화재를 개발 고화재로 대체시 약 12억원의 원가절감이 기대된다.

실리콘 웨이퍼 제조용 단결정 성장 공정에서 발생하는 석용 도가니는 사업장 폐기물로서 그 처리방법이 매립이어서 폐기물처리비 및 환경오염 등의 문제점이 있다. 그러나 석영도가니의 성분은 대부분 무기성 물질로 주성분이 SiO2이고 그 함량이 98% 이상인 고품위 실리카이다. 현재 국내에서 요구되는 실리카는 대부분 해외에서 수입되는 것으로 수입된 천연실리카를 다시 정제하여 세라믹 재료 및 건축재로부터 반도체 실리콘을 제조하는 원료까지 다양한 용도로 사용되고 있다. 따라서 사업장 폐기물로 배출되는 석영도가니를 재활용하기 위한 정제 및 고순도화 기술을 개발하여 환경오염 및 폐기물처리비를 저감하고 수입되는 실리카를 대체하고 압전소자, 집적회로(IC)용 원료 및 광학 유리와 반도체 실리콘 제조용 초자류 등과 같이 고순도 실리카를 요구하는 산업에 제공하고자 한다. 연구개발 내용은 폐기물로 배출되는 석영도가니의 성상 및 불순물 특성분석, 석영도가니의 물리적 정제특성 연구, 석영도가니에 함유된 불순물의 화학적 침출 특성 연구, 고순도 실리카 분말 정제 공정 연구, 상용화 plant의 최적 운전조건 및 공정변수 확립이고 연구개발 결과는 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 발생되는 석영도가니는 Multi crucible과 Mono crucible로 나뉘는데 Multi crucible에는 Si3N4(silicon nitride)가 도포되어 있어 Mono에 비해 불순물 함량이 높다. 불순물은 Mono crucible은 Al2O3(0.48 wt%), Fe2O3(0.12wt%), Na2O(0.03 wt%)순이었고, Multi crucible의 경우에는 Al2O3(0.61 wt%), Si3N4(0.38 wt%), Fe2O3(0.11)순이었다.

현재 제철소에서 소결공정에서 탈황공정 중 발생되는 제철 탈황분진은 현재 연간 100,000톤 이상으로 추정하고 있으나 80%이상이 재활용되지 못하고 있다. 발전소에서 발생되는 탈황석고는 사업장폐기물로 분류되어 석고보드 등으로 재활용되고 있으나, 제철탈황분진은 중금속 등의 유해성분으로 인하여 지정폐기물로 분류되어 재활용되지 못하고 인근 매립장에서 처리되고 있다. 본 연구는 탈황분진의 안정화를 위하여 지르코늄 유성밀을 사용한 분쇄방법으로 처리한 후 그 특성을 분석하였다. 유성밀로 분쇄후 분석한 결과 입자의 크기는 2.8 ㎛에서 0.5 ㎛의 크기로 작아졌으며, XRF, TGA 분석은 분쇄전과 거의 동일하였다. XRD분석에서는 피크의 강도가 더 작아진 것으로 유해성이 감소된 것으로 판단되며, 폐기물공정시험방법으로 분석한 중금속의 농도는 Cu의 경우 1/6이상 감소하였다.

현재 폐기물로 분류되는 제지슬러지는 녹생토로 재활용되거나 해양투기되었으나 해양투기금지와 녹생토 수요감소로 제지 슬러지의 폐기물 처리비용이 증가되고 있다. 이런 상황에서 폐기물인 제지 슬러지를 주원료로 회수하여 폐기물 처리의 다원화 방법의 일환으로 육성하고 제지 업종의 기업은 상호 네트워크를 구축하여 폐기물을 저가 원료로 재사용하는 시스템을 구축한다면, 환경적, 경제적인 측면에서 모두 유리하다. 연구개발 방향은 제지 슬러지에서 Ash 및 Dirt, Sticky를 제거하여 Fiber를 회수하며, 회수된 Recycled Fiber를 배합하여 골심지를 생산하는데 있다. Sticky 및 Dirt 제거에 효과적인 Slot Screen을 사용하여 제지 슬러지의 불순물을 제거하였다. Screen Basket Slot Size를 바꿔가며 제거 효율을 측정한 결과 Slot Size를 작게 하면 할수록 Sticky 및 Dirt의 제거효율은 증가하나 Screen Reject가 많이 발생하였다. 따라서 Screen Slot Size 0.25mm에서 Sticky 제거 효율이 가장 우수하며, 수율 또한 95% 이상으로 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 원료 농축 공정에서 사용되는 대표적인 저농축 설비인 Washer를 사용하여 Ash를 추가적으로 제거하였다. 일반적인 Washer 설비인 One Stage Washer는 Ash 제거율이 평균 32% 수준이며, 잉크제거율 또한 평균 19% 수준이었다. 따라서 좀 더 양호한 이물질 제거율을 위해 One Stage Washer보다 고속으로 운전되며 이물질 제거효율이 높다고 알려진 High Speed Washer를 통해 Ash 제거율을 평가한 결과 Ash는 평균 58% 수준의 제거율을 보였으며, 잉크제거율은 평균 50% 수준으로 One Stage Washer보다는 양호한 이물질 제거율을 보였다. 제지 슬러지 회수 Line을 통해 골심지 생산 시 Recycled Fiber의 배합율을 25~30%까지 상향하여 골심지를 생산한 결과 제품 Ash가 증가하나 제품의 주요 품질 항목인 백색도 및 압축강도의 변화가 거의 없어 큰 문제없이 골심지 생산이 가능하였다.