최근 전기차 시장의 확장으로 배터리 산업이 급격히 성장함에 따라 폐배터리 리사이클링 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다. 폐배터리 리사이클링 기술은 배터리 산업에 핵심적인 리튬, 코발트, 니켈 등 희소금속의 공급을 안정화하고 환경 및 인간의 건강에 미치는 영향을 경감할 수 있다. 본 총설에서는 금속 회수 기술의 배경이 되는 이론적 원리와 현재 상 용되고 있는 금속 회수 공정을 소개하고자 한다. 또한, 기존 공정의 문제점을 개선하려는 연구 및 기술 개발 동향을 서술하여 리사이클링 기술이 나아가야 할 방향을 소개하고자 한다.

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.

Owing to increasing demand of rare metals present in ICT products, it is necessary to promote the rare metal recycling industry from an environmental viewpoint and to prevent climate change. Despite the fact that information for toxic substances is partly indicated, a legal basis and an international standard indicating usage of rare metals is insufficient. In order to address this issue, a newly created study group of environment and climate change at the ITU (International Telecommunication Union) is doing research to develop methodologies for recycling rare metals from ICT products in an eco-friendly way. Under this group, the Republic of Korea has established two international standards related to rare metals present in ICT products. The first is ‘Release of rare metal information for ICT products (ITU-T L.1100)’ and the other is ‘Quantitative and qualitative analysis methods for rare metals (ITU-T L.1101)’. A new proposal for recommending the provision of rare metal information through a label by manufacturers and consumer/recycling businesses has been approved recently and is supposed to be published later in 2016. Moreover, these recommendations are also being extended to IEC, ISO and other standardization organizations and a strategy to reinforce the ability for domestic standardization is being established in accordance with industrial requirements. This will promote efficient recycling of rare metals from ICT products and will help improve the domestic supply of rare metals.

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.