[논문]자동차용 폐 삼원촉매로부터의 희귀금속 회수공정 기술 동향

홍연기

자동차용 폐 삼원촉매로부터의 희귀금속 회수공정 기술 동향
Recovery of Rare Earth Metal from Used Automotive Three-Way Catalyst 원문보기

홍연기 (충주대학교 화공생물공학과)

The car industry is one of the technological applications which more rare earth metals employes as three-way catalysts. Therefore, the recovery of rare earth metals from the used automotive three-way catalysts could be important source to obtain these metals. This work presents the analysis of market and demand for rare earth metal in automotive three-way catalyst and introduces the dry and the wet processes for the recovery of rare earth metals from used three-way catalyst. Finally, the alternative methods to conventional wet processes was simply suggested based on the economic and ecological point of view.

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문제 정의

본 논문에서는 TWC로부터 희귀금속을 회수할 수 있는 기존 제련공정 기술을 소개하고 해당 기술의 문제점을 통해 향후 기술개발 방향을 제시하고자 한다.

성능/효과

76 g/dm³의 함량으로 촉매에 포함되어 있다.¹⁾ 현재 TWC에 사용되는 Pd, Pt, 그리고 Rh는 수요에 비해 공급이 턱없이 부족한 상황이다. 2001년 대비Pt의 경우 3.
아울러 최근 친환경 용매로 주목받고 있는 이온성 액체(Ionic liquid)가 모사 중금속 수용액에 일부 성공적으로 적용된 사례는 이를 TWC에 적용할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.⁷⁾ 특별히 이온성 액체는 낮은 증기압으로 인해 회수가 쉬울 뿐 아니라 희귀금속의 침전을 유도할 수 있다는 점에서 장점을 가지고 있다. 아울러 폐 촉매에서 희귀금속을 처음으로 분리해내는 과정에서 왕수를 대체할 수 있는 공정이 모색되어야 할 것이며 이용 가능한 용매의 형태는 초임계 근처의 How water 등이 있다.

후속연구

정부에서는 폐 금속 재활용률을 2020년까지 75%까지 향상시킬 예정으로 재활용기술과 관련 산업의 활성화를 위한 시스템을 정책적으로 구축하고 있다. TWC로부터 희귀금속을 경제성 있는 친환경 용매로 습식제련이 가능할 경우 국내 자동차 산업의 경쟁력은 물론 국가적인 폐 금속 활용률 향상에 기여할 수 있을 것이다.
이를 위해서는 희귀금속 정제단계에서 고효율 친환경 추출제 개발 및 조업조건 수립이 우선되어야 한다. 과거 폐수로부터 폐 금속 오염물을 제거하기 위해 사용되어 왔던 아민계 및phosphorus계 용매는 정제단계에서 효과적으로 적용될 수 있을 것이다. 아울러 최근 친환경 용매로 주목받고 있는 이온성 액체(Ionic liquid)가 모사 중금속 수용액에 일부 성공적으로 적용된 사례는 이를 TWC에 적용할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

차량용 삼원 촉매는 어떤 형태를 가지고 있는가?

TWC는 1979년에 엥겔하드에 의해 최초로 개발된 촉매로서 NOx 환원성능이 우수한 Rh와 산화성능에 우수한 Pt 및 Pd와 같은 귀금속이 담체의 모놀리스 벽에 얇게 담지 된 형태를 가지고 있다. 또한 TWC에는 공연비 변동을 흡수하기 위해 산소흡수 저장능력이 있는 물질인 CeO2가 첨가된다.

1970년부터 시작된 배기가스를 줄이기 위한 다양한 노력 중에서 가장 효과적인 방법은 무엇이었는가?

1970년대부터 자동차 배기가스에 대한 규제는 이미 시작되었고 배기가스를 줄이기 위한 다양한 노력들이 이루어져왔다. 이 중에서 촉매에 의한 배기 가스 정화는 지금까지도 가장 효과적인 방법으로 알려져 있으며 대표적인 촉매가 바로 차량용 삼원 촉매(Automotive three-way catalyst, TWC)이다.

자동차 배기가스에 의한 오염원의 주된 성분은 무엇인가?

또한 현재 운행 중인 자동차는 전 세계 기준 약 8억대이며 2020년에는 10억대를 넘어설 전망이다. 자동차생산 및 보급률의 증가는 자동차 배기가스에 의한 오염 역시 증가시키고 있으며 이들 오염원의 주된 성분은 일산화탄소(CO), 부분연소에 의한 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 그리고 디젤기관에 의한 입자상물질(PM) 등이다.

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