본 연구는 전기투석과 용매추출을 융합한 희유금속 회수 공정에서 분리막과 음이온교환막의 개질을 통해 유기상 과 수상에 대한 분리막의 낮은 젖음성 및 AEM을 통한 수소이온 투과로 인한 금속이온의 회수 효율 감소를 개선하였다. 구체 적으로, 분리막 표면 중 한면은 polydopamine (PDA) 통한 친수성 개질, 다른 면은 SiO2 또는 graphene oxide를 통한 친유성 개질을 함으로써 분리막의 젖음성을 개선하였다. 또한, 음이온교환막의 표면을 polyethyleneimine, PDA, poly(vinylidene fluoride) 등을 이용, 개질해 수분 흡수(Water uptake) 감소 및 기공구조 변화를 통해 수소이온 수송을 억제해 수소이온 투과를 억 제할 수 있다. 개질된 막 표면 형상과 화학적 특성 및 조성은 주사전자현미경과 푸리에변환 적외선 분광법을 통해 확인되었 고, 이를 구리 이온 회수 시스템에 적용해 향상된 추출 및 탈거 효율과 수소이온 수송 억제능을 확인하였다.

Recovery of copper powder from copper chloride solution used in leaching process was carried out using a cementation method. Cementation is a simple and economical process, necessitating less energy compared with other recovery methods. Cementation utilizes significant difference in standard reduction potential between copper and iron under standard condition. In the present research, Cementation process variables of temperature, time, and added amount of iron scraps were optimized by using design of experiment method and individual effects on yield and efficiency of copper powder recovery were investigated using bench-scale cementation reaction system. Copper powders thus obtained from cementation process were further characterized using various analytical tools such as XRF, SEM-EDS and laser diffraction and scattering methods. Cementation process necessitated further purification of recovered copper powders and centrifugal separation method was employed, which successfully yielded copper powders of more than 99.65% purity and average in size.

폴리에틸렌(PE) 수지로 피복된 0.4 ~ 0.9 mm 굵기의 가는 동선으로 구성된 세(細)전선은 전기 및 통신분야에서 저전력선과 통신선으로 차지하는 비중이 매우 높다. 최근 광케이블 등의 대체 통신선이 개발되기 전 대부분이 이와 같은 폐세전선을 이용한 통신선을 사용하였으며 최근 3~4년 전부터 연간 발생되는 폐전선의 양은 날로 증가 추세이다. 일반적으로 사업장 폐기물 중 일반폐기물 중 폐세전선 중 70 ~ 80%(w/w)는 구리성분으로 알려져 있으며, 나머지 부분은 기본적으로 외피 및 내피로 구성되어 있으며, 차폐재가 포함된 경우도 있다. 기름성분을 5%이상 지정폐기물 중 폐유로 분류되는 폐세전선은 기름성분이 5% 이상 함유되는 것을 지칭하며 최근에는 거의 사용되지는 않지만, 현재까지 매설된 그 양이 45만톤에 이르며, 이를 광케이블 등으로 대체하는 과정에서 지속적으로 발생하고 있는 실정이다. 국내 기술은 대부분 폐전선을 재활용기술 개발로 발달이 되어 있고 일부 젤리충진케이블인 통신선 재활용 특허도 있지만 고온열분해 방식과 탈피시키는 기술과 용매를 이용한 방법을 사용하고 있다. 용매를 이용해서 재생처리를 할 경우 용매의 단가가 매우 비싸 경제성이 떨어지며 폐용매를 처리해야하는 2차 폐기물을 발생한다는 단점이 있으며 열분해 방법은 높은 에너지가 소비되는 단점이 있다. 따라서 상대적으로 단가가 싸며 분리하기 위해 사용되어지는 열매체유 또한 식용유를 이용하여 효율적으로 구리 와 PE수지를 분리 할 수 있는 경제적이고 친환경적인 기술을 제시하고자 한다. 기존 방법 및 기술로 재활용이 난해한 폐세전선의 식물성오일을 이용하여 부수적인 환경오염 없이 단순한 시설로 순수한 구리와 PE수지를 분리 회수할 수 있는 기술이며, 개발기술의 평가방법에서 가장 중요한 것은 구리의 회수율이라고 할 수 있다. 제안 하는 기술에서는 공정 투입 폐세전선 전체에서 불량률 5%이하의 높은 공정효율과 케이블의 재활용방법 중 소각, 화학적처리, 기계적처리 등에 비해 낮은 온도, 낮은 반응성, 적은 기계적 마찰 등으로 인하여 케이블 본연이 지닌 구리의 순도를 그대로 회수할 수 있는 장점이 있다.

폐-광석으로부터 금속구리분말을 회수하기 위하여 더미 미생물용출, Fe 제거와 전기분해실험을 수행하였다. Cu가 0.034% 함유된 폐-광석시료에 대하여 더미 용출실험을 수행한 결과, Cu 용출률은 박테리아 용출-용액에서 61%, 황산 용출-용액에서 62%로 나타났다. Fe를 효과적으로 제거하기 위하여 더미 용출-용액에 NaOH, H2O2 및 Ca(OH)2를 각각 적용한 결과 H2O2가 가장 효과적인 Fe 제거제로 선정되었다. 전해질 용액을 준비하기 위하여 H2O2를 더미 용출-용액에 처리한 결과 박테리아 용출-용액에서 Fe가 99%, 황산 용출-용액에서 60%로 제거된 반면에 Cu 제거율은 각각 5%와 7%로 나타났다. 이 용액에 대하여 전기분해 실험을 수행한 결과 Cu 회수율이 박테리아 용출-용액에서 98%, 황산 용출-용액에서 76%로 나타났다. 모수석 형태의 금속구리분말이 양쪽 용출-용액에서 회수되었다.

전기분해로 회수된 음극회수-금속분말의 광물학적 특성을 조사하기 위하여 전해질 종류, 전극간격 및 전류변화에 대하여 전기분해 실험을 수행하였다. 황산구리(CuSO4˙5H2O) 분말에 대한 황산 및 소금 전해질 용액을 사용한 전기분해 결과, 소금 전해질 용액에서 Cu의 수율이 다소 높았다. XRD 분석결과, 전해질 용액의 종류에 따라 광종이 변화되었다. 즉 구리(Cu0), chalcanthite 및 cuprite 등은 황산 전해질 용액에서, 그리고 구리, nantokite 및 chalcanthite 등은 소금 전해질 용액에서 나타나는 것을 확인하였다. 특히 소금 전해질 용액에서, 전극간격 및 전류(또는 전류밀도)는 Cu 회수율, 양극무게 감소와 비례하였으나 양극부식 강도는 전류와 비례 그리고 전극간격과는 반비례하는 경향을 보였다. 미분쇄하지 않은 음극-회수 금속분말에 대한 XRD분석에서 구리결정의 평균크기는 전극간격의 감소 및 전류가 증가할수록 증가하였다. 수지상 구리가 형성되는 것으로 보아 전극/용액 경계면에서 물질전달은 확산에 의해 통제되는 것으로 사료된다.

현재 우리나라에서는 매년 약 67만대의 사용종료 자동차(End of Life Vehicles)가 발생하고 있다. 자원순환법에 따라 국내 자동차업계에서는 폐 자동차에 대하여 2014년까지 중량 대비 85%, 2015년부터 95%의 재활용율 목표를 달성하여야 하는데 이러한 재활용율 목표 달성을 위해서는 자동차 파쇄 잔재물(ASR)의 적정재활용이 관건이라고 할 수 있다. 폐 자동차 처리과정에서 최종 배출 되는 ASR은 연간 약 15만톤으로 승용차 1대당 약 15% 정도가 발생하고 있으며, 총 발생량의 극히 일부분만이 소각･매립 처리되고 있지만 물질 자체의 발열량이 높고 난연성이기 때문에 효율적으로 소각되지 못하고 특히 그중에 함유된 염소화합물이나 중금속류 등의 영향으로 유해 가스상 오염물질들을 다량으로 배출하기 때문에 처리에 어려움이 많은 실정이다. 금속 제련 용융 시설에서 열원으로 사용되는 Lump coal 대체 연료로써 처리 상용화가 실현 될 경우, ASR의 안정적인 처리와 열에너지 및 유가금속 회수를 통한 물질 재활용 등이 가능할 것으로 사료되며, 이에 따라 폐 자동차의 재활용율 또한 향상될 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 국내의 폐 자동차 파쇄 재활용 업체 1곳을 선정하여, 폐 자동차 파쇄 재활용 과정에서의 물질 수지 및 ASR 배출 공정(heavy fluff, light fluff, glass & soil)에 따라 각각의 발생량, 구성 물질, 입도, 발열량 분석, 원소 분석, 공업 분석, 열 중량 분석, 중금속 분석 등의 물리･화학적 특성 및 환경유해성 평가를 실시하여 ASR의 기초적인 특성을 파악하였으며, ASR의 최적용융조건 및 유가금속 회수 가능성을 도출하기 위하여 원 시료와 ASR의 배합비율, 용융온도 등의 조건을 설정하여 용융 가능성을 평가하였다. 또한, 용융 후, 혼합비율 별 발생된 용융 슬래그에서 black copper와 discard slag 분리 후 온도에 따른 구리함량을 측정하여 유가 금속 회수 가능성 및 2차 폐기물 발생 최소화를 위해 ASR 용융슬래그에 대한 특성 분석 후 콘크리트(인터로킹) 블록, 점토블록의 원료로 적용 가능성 여부 검증･평가해 보았다.

본 연구과제에서는 인쇄회로기판 제조공정 폐수처리시스템에 동농축회수시설을 추가함으로 고함량 저수분슬러지를 생산하고, 폐액 내에 함유된 법정 수질오염물질인 동을 95% 이상 회수한 후 기존 폐수처리시스템에 유입시킴으로 폐수처리 시 중금속 처리 부담을 최소화 하고자 하였다. 이를 위해 충북 위치한 A사와 B사의 사업장 내 기존 폐수처리라인을 변경하여 고농도 동폐액을 별도로 집수한 후 여기에 동농축 회수시설을 설치하여 생산된 동농축 슬러지를 회수하여 제련용 원료로 중간가공한 후 수요자인 C사에 공급하여 최종생산물인 조동을 생산하는 자원순환 네트워크를 완성하였다. 본 연구과제를 통해 폐수처리오니 매립량 30%(840톤/년) 감소, 기존폐수처리 시설의 중금속 부하감소 등과, 100백만원/년의 폐기물처리비용 절감 및 528백만원/년의 고농축슬러지 매각 등의 환경적･경제적 기대효과와 동농축 슬러지 제조 원천기술 확보를 통한 국내/외 PCB 사업장 대상의 사업화가 가능하게 되었다.

Economic and environmental aspects of electrochemical copper recovery from LCD manufacturing process and through hole plating process for PCB circuit board wastewater were evaluated. The extraction rate of copper per unit energy was decreased as HRT increased and initial copper concentration decreased. About 65 minutes was determined as the optimal HRTs which could maximize the productivity of copper recovery on energy. The extracted mass of copper from the wastewater were 0.045 g at 50 mg Cu/L, 0.083 g at 1,000 mg Cu/L and 0.098 g at 3,000 mg Cu/L by unit energy (Wh) for 60 minutes, respectively. LCA (Life Cycle Assessment) technique determined the electrochemical recovery of copper to have more effect on global warming than other environmental impact categories.

Electrochemical reductive extraction of copper from LCD manufacturing process and through hole plating process for PCB circuit board wastewater was experimented using synthetic wastewater. Copper plate which could be used as raw material through melting with extracted copper from wastewater and graphite plate were used as a cathode and an anode, respectively. The copper extraction could be optimized in pH 2 and polar space of 45mm. The extraction rate of copper per unit energy was decreased as HRT increased and initial copper concentration decreased. As the optimal HRTs which could maximize the productivity for copper on energy, 80 ~ 110 min at 50 mg/L, 64 min at 1,000 mg/L and 77 ~ 98 min at 3,000 mg/L were determined, respectively.