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문제 정의
- 주석 슬러지의 고순도화 기술은 총 1건 출원되어진 것으로 조사되었으며, 한국의 ㈜에이원엔지니어링사에서 2012년에 출원한 기술로 분석되었다. 본 기술은 주석 슬러지를 조금속으로 제조하는 조금속 제조단계와 상기 조금속 제조단계를 통해 제조된 조금속에 함유된철(Fe) 성분을 520 ~ 550℃로 가열하여 철(Fe) 성분을 제거하는 철(Fe) 성분 제거단계 그리고 철 성분 제거 단계를 거친 조금속에 함유된 구리(Cu)성분을 520 ~ 550℃로 가열하여 제거하는 구리성분 제거 단계와 상기 구리성분 제거 단계를 거친 조금속에 함유된납(Pb) 성분을 제거하는 납 성분 제거단계를 거치는 기술로 분석되었다.
- 본 논문에서는 주석 스크랩, 슬러지, 폐액 등의 재활용 기술에 대하여 한국, 일본, 미국, 유럽, 중국 등의 특허 정보를 분석하여 기술개발 동향을 파악하고자 하였다.
- 본 논문에서는 주석 재활용 기술동향 중 원소재를 스크랩, 슬러지, 폐액 및 합금을 대상소재로 하여 특허 기술동향을 살폈다. Fig.
- 본 논문에서는 주석을 함유한 스크랩, 슬러지, 폐액 및 합금의 재활용 기술에 대한 특허 동향을 분석하여다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 슬러지, 폐액, 합금 등 대부분의 원소재에 대한 재활용 기술은 모두 정 · 제련 기술로 다출원하는 경향을 나타내고 있으며, 상대적으로 고순도화 처리기술의 출원 건수는 작은 것으로 조사되었으며, 다음 절에 원소재별 처리기술에 대한 심층적 동향 분석을 실시하였다.
- 특허 DB 구축은 주석 재활용 기술 중에서 스크랩, 슬러지, 폐액 및 합금 등 주로 제품 생산 공정중에 발생하는 스크랩을 대상 소재로 하여 관련 키워드의 조합식을 사용하여 조사하였으며, Table 2와 같이 전처리, 정 · 제련, 고순도화 기술 등 3개의 기술 분야로 나누어 분석하였다.
대상 데이터
- 주석재활용 기술 관련 특허를 분석하기 위해서는 전세계 모든 특허를 검색하는 것이 이상적이나 본 조사에 서는 Table 1과 같이 WIPSON DB를 사용하여 1970 년부터 2014년 1월까지 공개/등록된 한국, 일본, 중국, 미국, 유럽 및 PCT 특허로 제한하였다. 본 논문에서는 검색된 특허 중 요약문을 검토하여 유효한 특허 286건을 대상으로 분석하였다.
- 주석금속의 순환자원은 주로 땜납 및 전자스크랩의 형태로 약 157톤이 수거되는 것으로 조사되었다. 수집된 157톤의 대부분은 땜납 스크랩의 형태로서 이들 합금은 비교적 재자원화가 용이하여 정제 후 땜납으로 사용되는 것으로 조사되었다.
- 이온교환 기술의 주요 출원인은 일본의 JFE steel사와 kawasaki steel 사가 각각 6건과 5건을 출원하였으며, 산·알카리 기술은 핀란드의 Yara Suomi OY가 4건, JX nippon mining & metals이 3건 그리고 Dowa metal tech가 1건을 출원한 것으로 조사되었다.
- 주석 슬러지의 고순도화 기술은 총 1건 출원되어진 것으로 조사되었으며, 한국의 ㈜에이원엔지니어링사에서 2012년에 출원한 기술로 분석되었다. 본 기술은 주석 슬러지를 조금속으로 제조하는 조금속 제조단계와 상기 조금속 제조단계를 통해 제조된 조금속에 함유된철(Fe) 성분을 520 ~ 550℃로 가열하여 철(Fe) 성분을 제거하는 철(Fe) 성분 제거단계 그리고 철 성분 제거 단계를 거친 조금속에 함유된 구리(Cu)성분을 520 ~ 550℃로 가열하여 제거하는 구리성분 제거 단계와 상기 구리성분 제거 단계를 거친 조금속에 함유된납(Pb) 성분을 제거하는 납 성분 제거단계를 거치는 기술로 분석되었다.
- 주석 폐액의 전처리 기술은 총 4건으로 한국, 일본, 유럽 및 PCT에 각 1건씩 출원된 것으로 조사되었다. 주요 출원인은 핀란드의 Yara Suomi OY로 4건이 패밀리 특허로 조사되었다.
- 주석재활용 기술 관련 특허를 분석하기 위해서는 전세계 모든 특허를 검색하는 것이 이상적이나 본 조사에 서는 Table 1과 같이 WIPSON DB를 사용하여 1970 년부터 2014년 1월까지 공개/등록된 한국, 일본, 중국, 미국, 유럽 및 PCT 특허로 제한하였다. 본 논문에서는 검색된 특허 중 요약문을 검토하여 유효한 특허 286건을 대상으로 분석하였다.
- 주석 폐액의 전처리 기술은 총 4건으로 한국, 일본, 유럽 및 PCT에 각 1건씩 출원된 것으로 조사되었다. 주요 출원인은 핀란드의 Yara Suomi OY로 4건이 패밀리 특허로 조사되었다. 이 특허의 주요 내용은 주석 폐액을 75 ~ 100℃로 가열하여 폐 용액내에 주석 화합물로 존재하는 주석이 침전하도록 전처리한 후 옥살레이트 생성 시약(옥살산, 옥산산 가용성 염 등)등을 첨가하여 용액 내 구리와 반응하여 난용해성인 옥살산구리를 생성하는 침전 분리 기술로 분석되었다.
- 주요출원인은 미국의 Alpha Fry Limited에서 4건을 JX nippon mining & metals에서 1건을 그리고 한국의 ㈜에이원엔지니어링에서 1건을 출원하였다.
- 환원 기술은 Manchem limited가 4건, JX nippon mining & metals이 3건 및 Mitsubishi materials가 2건을 출원하였다.
성능/효과
- 1차 가공제품 중 약 7,765톤의 땜 납은 중간제품 단계의 인쇄회로 기판으로 투입되며, 남은 1차 가공제품 중 약 3,000톤은 기타 화학제품으로 투입되어 최종제품에 사용되는 것으로 조사되었으며, 중간제품에서 최종산업(제품산업)에 투입되는 13,218톤중 약 38.9%에 해당되는 5,136톤이 전기 · 전자산업으로 투입되는 것으로 분석되어 주석의 가장 큰 수요처는 전기 전자산업으로 조사되었다.
- 2에 나타내었다.8) 주석은 2000년부터 2007년까지 글로벌 생산량이 점진적으로 증가하는 양상을 보인 후 2008년부터 생산량의 감소를 볼 수 있다. 이는 2008년 글로벌 금융위기에 의한 글로벌 경기 둔화로 인해 자원의 생산이 저하 된 것으로 판단된다.
- 가장 많은 특허를 출원한 JX nippon mining & metals 는 주로 습식법을 이용한 주석 및 인듐의 회수 기술에 관하여 출원한 것으로 조사되었다.
- 건식 정 · 제련 기술은 주로 산화물 형태로 존재하는 주석 스크랩을 기체또는 고체 환원제를 이용하여 금속으로 회수하는 기술 이 주를 이루고 있으며, 진공 조건하에서 주석의 정련 공정이 주를 이루는 것으로 조사되었다.
- 국가별 특허 동향에서 출원인 동향을 살펴본 결과, 일본에 출원된 특허 117건 중 109건(93%)이 내국인이 출원하여 내국인 비중이 가장 컸으며, 외국인 출원은 8건(7%)으로 한국 2건, 미국 3건 및 유럽국가 3건으로 조사되었다. 우리나라는 63건의 특허 중 내국인 출원은 45건(71%)이었으며, 외국인 출원은 18건(29%)으로 일본 11건, 유럽 4건, 미국 2건 및 중국 1건으로 조사되었다.
- 그러나 미국과 유럽에 출원 및 등록된 특허는 외국인 출원 비율이 각각 82%와 54%로 조사되었으며, 이들 국가에 출원한 외국 출원인 비율은 일본이 각 48%와 62%의 비중으로 조사되었다. 이는 일본이 주석 재활용 기술 분야에서 기술 선진국으로 해외 특허 시장에 다양하게 진출하고 있는 것으로 판단된다.
- 대상소재에 따른 특허출원 동향은 스크랩과 관련한 기술 특허 출원이 주를 이루었으며, 기술별로는 습식기술이 건식기술에 비해 높은 점유율을 보였으며, 습식 기술 중 대상 소재의 용해 침출 기술이 가장 많은 출원율을 보이고 있다.
- 슬러지 용해 기술의 다출원인은 일본의 Asarco Incorporated가 5건, Kawasaki steel이 3건, JFE steel이 2건 및 Agency of IND Science & Technology가 1건으로 일본의 압도적인 출원 점유율을 보였다. 또한 슬러지의 전해 정련기술은 전해액에 관한 기술이 4건이 출원되었으며, 일본의 Kawasaki steel사에서 3건을 출원한 것으로 조사되었다.
- 8은 스크랩 재활용의 세부 기술별 동향을 나타낸 그림이다. 스크랩 전처리 기술은 건식이 36건으로 78%의 점유율을 보이고 있으며, 습식전처리 기술은 10건으로 22%의 점유율을 보이고 있다.
- 스크랩의 정 · 제련 기술은 건식이 99건으로 43%의 점유율을 보이며, 건식 정 · 제련 기술은 스크랩의 열처리 기술로서 27건의 기술이 조사되었으며, 환원과 용융 기술이 각각 20건으로 조사되었다.
- 슬러지 용해 기술의 다출원인은 일본의 Asarco Incorporated가 5건, Kawasaki steel이 3건, JFE steel이 2건 및 Agency of IND Science & Technology가 1건으로 일본의 압도적인 출원 점유율을 보였다.
- 습식기술을 이용한 주석 스크랩의 정 · 제련 기술은 산 · 알카리를 이용해 스크랩을 용해 침출하는 기술을 포함한 특허가 가장 많은 52건으로 조사되었으며, 이때 용액의 pH조절과 관련된 기술이 약 24건으로 분석되었다.
- 이는 2008년 글로벌 금융위기에 의한 글로벌 경기 둔화로 인해 자원의 생산이 저하 된 것으로 판단된다. 아울러, 글로벌 주석 생산량과 중국의 집중도를 살펴보았을 때 중국이 전세계 생산량의 40% 이상을 점유하고 있는 것으로 조사되었으며, 이는 중국의 생산량이 글로벌 생산-공급을 결정짓는 핵심요인인 것으로 보여진다. 이는 중국이 전세계 주석 자원 및 생산량의 점유율이 가장 큰 국가로서 자원 보유 및 생산이 중국에 과도하게 집중되어 있으므로 향후 주석자원의 중장기적인 공급 안정성 확보에 대한 국가적 차원의 전략이 필요할 것으로 생각된다.
- 아울러, 본 논문에서는 주석 재활용 기술을 크게 전처리, 정 · 제련 및 고순도화 기술로 나누었으며, 원소재별 대상 기술을 살펴본 결과, 주석 스크랩은 정 · 제련 처리 기술이 166건(79%)로 압도적인 출원 점유율을 보여주었으며, 뒤를 이어 전처리가 39건(18%)의 점유율을 나타내었다.
- 열처리 기술은 일본의 Kawasaki steel사가 5건 모두 출원하였으며, 고/액분리 기술은 일본의 JX nippon mining & metals사가 3건의 특허를 출원하여 주석 폐액의 건식 처리기술의 대부분을 일본기관이 독점하고 있는 것으로 분석되었다.
- 주요출원인은 미국의 Alpha Fry Limited에서 4건을 JX nippon mining & metals에서 1건을 그리고 한국의 ㈜에이원엔지니어링에서 1건을 출원하였다. 이들 기술 모두 주석 스크랩의 고순도화 중 납(Pb)의 함량을 줄이는 화합물에 관한 기술로서 Alpha Fry Limited에서 출원한 4건은 패밀리 특허로서 해당 특허의 기술을 검토한 결과, 흑연 양극과 스테인레스강 음극과 같은 불활성 전극과 이온교환수지 재료에 의해 분리한 양극 액실 및 음극 액실을 갖는 전해 조에서 전류밀도 범위를 50 ~ 500 A/m2 으로 한정하여 스크랩에 함유된 납의 함량을 줄인 기술로 분석 되었다.
- 주석 스크랩의 고순도화 기술은 특허 출원이 총 6건으로 전처리 기술과 정 · 제련기술에 비해 매우 미미한 출원 양상을 나타내었다.
- 주석 재활용 관련 특허는 1975년 출원을 시작으로 1997년 1차 출원 정점기 이후에는 점진적인 감소 후 2006년 이후 급격한 증가세를 보이며, 유효 특허는 286건이었다. 내 · 외국인 출원 동향은 일본의 경우 내국인에 의해 1990년대 초 · 중반 그리고 2000년도 중반 압도적인 출원을 나타내었으며, 한국은 2003년까지 매년 출원의 증가와 감소를 반복한 후 2004년을 기점으로 출원이 급격이 중가하는 추세를 보였다.
- 주석 함유 스크랩, 슬러지, 폐액 및 합금 재활용 기술은 일본이 기술 선진국으로 해당 기술을 주도하고 있으며, 주요 출원 상위 8개 기관 중 일본이 7개 기관이 일본기관으로서 주석 재활용 기술의 압도적 점유율을 보이고 있는 것으로 분석되었다. 한국은 주석 재활용 특허 출원국 중 2위권으로 한국지질자원연구원이 9건을 출원하여 일본에 비해 격차가 크게 나타나고 있는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 아울러, 글로벌 주석 생산량과 중국의 집중도를 살펴보았을 때 중국이 전세계 생산량의 40% 이상을 점유하고 있는 것으로 조사되었으며, 이는 중국의 생산량이 글로벌 생산-공급을 결정짓는 핵심요인인 것으로 보여진다. 이는 중국이 전세계 주석 자원 및 생산량의 점유율이 가장 큰 국가로서 자원 보유 및 생산이 중국에 과도하게 집중되어 있으므로 향후 주석자원의 중장기적인 공급 안정성 확보에 대한 국가적 차원의 전략이 필요할 것으로 생각된다.
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