전기⋅전자산업이 급격하게 발전함에 따라 유가금속 및 희소금속의 수요가 급증하고 있다. 유가금속들은 주로 제련산업 공정에서 다량 방출되며, 회수기술 부족으로 중화, 치환, 흡착을 통해 폐기되어 큰 비용으로 경제적이지 못하다. 이에 분리막을 통한 유가금속회수 소재개발의 필요성이 강조되고 있다. 유가금속이 포함된 습식제련 공정 침출액(15% 황산 용액, 온도 60°C)은 다량의 다가이온과 1가이온을 포함하고 있기 때문에 이온별 분리가 가능해야 하며, 특히 구리와 같은 2가 유가금속 분리성능이 우수해야 한다. 또한, 지속적인 분리/농축을 위해 산에 대한 안정성이 중요하다. 따라서 본 연구를 통해 2가 금속 배제율 98%, 유량 33GFD 성능을 1개월 이상 유지하는 나노분리막 제조 연구 개발을 수행하고 있다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위하여 상용화 된 나노여과막인 NE40, 70, 90 (Toray Chemical Korea) 와 내산성 분리막인 NP030 (Nadir), Duracid (GE), NanoPro (AMS)를 선정 하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지한 시간 (0 ~ 63일)에 따라 투과 특성을 평가하였다. 공급 용액으로는 대표적인 1가 이온으로 NaCl을, 2가 이온으로는 MgSO4를 2,000 ppm 사용하여, 황산 15% 용액에 63일 동안 노출하였을 때의 투과 성능 변화를 측정 하였다. 이러한 투과 특성 평가를 이용하여, 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 최적의 분리막을 선정 할 수 있었다.

본 연구에서는 제련 공정에서 발생되는 희소금속 및 유가금속 회수를 위한 나노여과막으로 도레이 케미칼에서 생산되는 NE40, 70, 90을 선정하였으며, 습식 제련 공정을 모사하기 위해 황산 15% 용액에 침지하여 시간에 따라 표면 특성을 분석하였다. 황산 노출 전/후의 표면 특성 분석을 위해, 주사전자현미경(SEM), 원자간력현미경 (AFM), 감쇠전반사-푸리에변환 적외선분광기 (ATR-FTIR), 광전자분광기 (XPS)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 Piperazine 기반의 NE40, 70의 분리막이 m-Phenylenediamine (MPD) 기반의 NE90 분리막과 비교하여 산에 대한 영향이 많음을 알 수 있었으며, 내산성을 가지는 분리막을 위해 MPD 기반의 분리막이 유리함을 보여주었다.

In this study, the microstructure and valuable metals dissolution properties of PDP waste panel powders were investigated as a function of milling parameters such as ball diameter size, milling time, and rotational speed during high-energy milling process. The complete refinement of powder could achieved at the ball diameter size of 5 mm due to sufficient impact energy and the number of collisions. With increasing milling time, the average particle size was rapidly decreased until the first 30 seconds, then decreased gradually about at 3 minutes and finally, increased with presence of agglomerated particles of at 5 minutes. Although there was no significant difference on the size of the particle according to the rotational speed from 900 to 1,100 rpm, the total valuable metals dissolution amount was most excellent at 1,100 rpm. As a result, the best milling conditions for maximum dissolving amount of valuable metals (Mg: 375 ppm, Ag 135 ppm, In: 17 ppm) in this research were achieved with 5 mm of ball diameter size, 3min of milling time, and 1,100 rpm of rotational speed.

본 연구에서는 혼합폐전지로부터 자력선별을 통하여 분류된 자성물질을 약산으로 침출하여 비자성 물질을 용해시키고 니켈과 철을 회수하고자 하였다. 실험은 망간-알칼라인 폐전지와 니켈수소폐전지를 2 : 1의 질량비로 혼합하여 안정적 열처리, 파･분쇄 공정 후 3.2 mm 기준입도로 분리를 한 시료를 800, 1000, 1400 Gauss를 기준으로 자력선별을 수행하였다. 자력선별 실험 결과 1000 Gauss의 자력에서 기존 시료 중 97 wt.% Ni, 98 wt.% Fe, 97 wt.% Co, 11.5 wt.% Mn, 10.5 wt.% Zn가 자성체로 회수되었다. 이 자성체 시료를 pH 0, 0.5, 1, 1.5, 2로 조절한 황산 희석용액으로 침출하여 자성체 내에 Ni과 Fe를 제외한 나머지 금속을 용해시키고자하였다. 침출 실험 결과 pH 0.5 황산 희석용액을 활용한 침출에서 Co, Zn, Mn이 99% 이상 용해되었으며 최종 잔사에는 22.4% Fe와 21.4% Ni만 남아있었다.

In this study, zeolite (Z-C2) was synthesized using a fusion/hydrothermal method on coal fly ash (FA) discharged from a thermal power plant in the Ulsan area and then analyzed via scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The Z-C2 was characterized in terms of mineralogical composition and morphological analysis. The XRD results showed that its peaks had the characteristics of Na-A zeolite in the range of 2θ of 7.18~34.18. The SEM images confirmed that the Na-A zeolite crystals had a chamfered-edge crystal structure almost identical to that of the commercial zeolite. The adsorption kinetics of Cu, Co, Mn and Zn ions by Z-C2 were described better by the pseudo-second-order kinetic model more than by the pseudo-first-order kinetic model. The Langmuir model fitted the adsorption isotherm data better than the Freundlich model did. The maximum adsorption capacities of Cu, Co, Mn and Zn ions obtained from the Langmuir model were in the following order : Cu (94.7 mg/g) > Co (77.7 mg/g) > Mn (57.6 mg/g) > Zn (51.1 mg/g). These adsorption capacities are regarded as excellent compared to those of commercial zeolite.

도시광산 중 폐 전지는 원광보다 높은 품위의 다양한 유가금속을 함유하고 있기 때문에 경제적 및 환경적관점에서 반드시 회수되어야 한다. 기존에 개발되어진 폐전지 재활용 기술들의 경우 수거되어진 폐전지를 각 전지별로 분류하는 공정이 필요하며, 폐전지를 파쇄 하는 과정에서 발생하는 전지 내 전해액과 그 가스가 대기중에 노출됨으로써 환경에 큰 부담을 주고 있다. 따라서 본 연구는 혼합전지(1차전지 및 2차전지)로부터 수거의 수월성과 환경적 문제를 해결하면서 효율적으로 유가금속을 농축할 수 있는 물리적 전처리 공정이 수행되었다. 혼합전지의 종류로는 망간 알카라인전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈 수소전지가 사용되었으며 2:1:1의 비율로 혼합되었다. 실험방법은 혼합전지를 열처리 한 후 슈레더 및 커팅밀을 이용하여 파･분쇄하였고 6-100 mesh 기준입도로 분리한 시료를 800-1500 가우스로 조정하여 자력선별 실험을 수행하였다. 그 결과 65-100mesh size, 1000 가우스 실험에서 기존 시료대비 자성체 내 Co는 2.6배 Ni은 3.8배, Cd은 2배 농축시킬 수 있었고 비자성체 내 Zn가 4배 농축되었다. 이 후 비 자성체와 자성체내 유가금속들을 각 각 분리정제 공정을 통해 원료물질로써 회수할 것이다.

본 연구는 폐 컴퓨터를 자원회수에 긍정적인 영향을 주고자 폐 컴퓨터(PCB)를 이용한 유가금속회수 공정에서 비중선별에 의한 분리 특성 및 금속함량에 관한 연구를 통해 효과적인 유가금속 회수를 위하는데 그 목적이 있다. 실험재료로 폐 컴퓨터(PCB)를 사용하였으며, PCB리드커터기를 이용해 PCB기판의 부착물 제거 후 고속분쇄기(1차분쇄) 및 미분쇄기(2차분쇄)를 이용하여 일정 크기에 따라 분쇄를 실시하였다. 분쇄물들은 체선별을 통해 입경크기별(n<0.2, 0.2<n<0.5, 0.5<n<1.0, 1.0<n<2.0 및 2.0<n)로 구분하여 중액분리를 실시하였다. 중액분리는 TBE(Tetrabromoethane)를 사용하였다. 5 min, 10 min, 15 min, 20 min 및 30 min의 시간을 주어 시간에 따른 비중선별 정도를 확인하였으며, 중액의 비중변화를 위해 희석액으로 에탄올을 사용해 비중액 비중(1.6, 1.85 및 2.1)을 변화시켜가며 실험을 진행하였다. 전체적인 비중선별 결과 비교시 비중 2.1과 1.85의 결과 값에서 큰 차이가 나타나지 않았으며, 경제적인 면으로 볼 때 비중 1.85가 적합하다고 판단되며, 플라스틱 및 산화물의 함량은 부유물에서 높은 것으로 나타남에 따라 유용금속의 및 기타금속의 함량은 침전물에서 높은 것으로 나타났다.

The main objective of this study is to recovery valuable metals with metal particle size distributions in waste cell phone PCBs(Printed Circuit Boards) by means of pulverization and nitric acid process. The particle size classifier also was evaluated by specific metal contents. The PCBs were pulverized by a fine pulverizer. The particle sizes were classified by 5 different sizes which were PcS1(0.2 mm below), PcS2(0.20~0.51 mm), PcS3(0.51~1.09 mm), PcS4(1.09~2.00 mm) and PcS5(2.00 mm above). Non-magnetic metals in the grinding particles were separated by a hand magnetic. And then, Cu, Co and Ni were separated by 3M nitric acid. Particle diameter of PCBs were 0.388~0.402 mm after the fine pulverizer. The sorting coefficient were 0.403~0.481. The highest metal content in PcS1. And the bigger particle diameter, the lower the valuable metals exist. The recovery rate of the valuable metals increases in smaller particle diameter with same leaching conditions. For further work, it could improve to recovery of the valuable metals effectively by means of individual treatment, multistage leaching and different leaching solvents.

폐 전지로부터 유가금속을 회수하는 연구는 환경적인 측면뿐만 아니라 전지 내 광석 보다 높은 품위의 유가금속을 함유하고 있기 때문에 경제적은 측면에서도 상당히 중요하다. 따라서 본 연구는 폐 전지로부터 유가금속을 회수하기 위해 전처리 공정에서 불순물인 Fe및 Al을 물리적 전처리 과정을 통하여 제거하고 유가금속을 농축하기 위한 연구를 수행하였다. 폐 혼합전지의 조성은 질량비로 40%알카라인・망간 전지, 30%리튬이온전지, 10% 리튬 1차전지, 10% 니켈-카드튬 전지, 10% 니켈 수소전지로써 혼합하였다. 혼합된 폐 전지 내 유가금속의 함량은 각 각 14.45% Fe, 7.79% Al, 2.28% Cu, 1.814% Cd, 8.1% Zn, 9.27% Mn, 8.02% Co, 8.72% Ni, 1.43% Li으로 구성되었다. 실험과정은 열처리, 파･분쇄, 시간에 따른 단체분리 과정으로 진행하였다. 단체 분리시 사용된 mesh는 5, 7, 10, 20, 40, 50, 70 mesh size를 사용하였고 그 결과 20초 과･분쇄 5 mesh 기준으로 Zn, Mn, Co, Ni, Li의 경우 농축율이 각 각 90.83%, 92.82%, 91.87%, 92.61%, 87.07% 달성되었고 불순물인 Fe, Al Cu, Cd가 각 각 83.3%, 82.19%, 27.00%, 16.12% 제거되었다. 따라서 이 후 습식 공정을 응용하여 유가금속을 분리 및 회수하기 위한 최적의 시료 조성을 획득하였다.

현재 우리나라에서는 2010년을 기준으로 약 1,700만대의 자동차가 등록되어 있으며, 매년 약 67만대의 사용 종료 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 향상 될 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 국내의 폐 자동차 파쇄 재활용 업체 1곳을 선정하여, 폐 자동차 파쇄 재활용 과정에서의 물질 수지 및 ASR 배출 공정에 따른 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 용융 출탕조건 및 유가금속 회수 가능성을 도출하기 위하여 ASR의 염기도 및 용융온도에 따른 용류도를 측정하였다. 또한, 용류도 측정 결과를 바탕으로 원 시료와 ASR의 배합비율, 용융온도 등의 조건 설정 후 각 조건에서의 슬래그 내 구리 함량을 측정하여 유가 금속 회수 가능성을 평가하였다. 연구결과, 기존 공정 시료에 포함되는 lump coal의 양이 미량이기 때문에 기존 공정 시료의 용류도 측정값과 거의 유사하였으며, 이러한 실험 결과로 보아 기존 동 제련 설비에서 lump coal을 ASR로 대체할 경우, 염기도 및 용융온도 조건을 적절히 조절한다면 용융물의 흐름성에는 거의 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.

Through industrial developing, electronic waste is occurred by short lifespan of electronic products. This study discusses an approach of the eco-efficiency for waste PCB (Printed Circuit Board) recycling process through environment and economic analysis. The recycling of waste PCB 1 kg has 1.89E + 00kg CO2 eq. of global warming potential and 2.84E −02 kg antimony eq. of abiotic resource depletion. In terms of economy, this process costs 6,601.91 KRW per 1kg waste PCB recycling. Use of economic and environmental result, when compare with same amounts of virgin metal, environmental-efficiency of GWP (Global Warming Potential) is at 4.16E + 00 and ARD(Abiotic Resource Depletion) is at 2.91E + 00. And compare with secondary metal, environmental-efficiency of GWP is at 2.11E + 00 and ARD is at 8.49E − 01. In addition economic-efficiency is at 1.19E + 00. The results of optimization of this process will be increased. This study will show the process economical and environmental decision making