주석은 땜납, 주석도금강판, 청동 합금, 투명전극용 타겟 및 화학첨가제 등에 널리 사용되고 있다. 최근 자원의 희소성 및 경제성으로 인해 주석 스크랩에 대한 재활용 기술이 연구되고 있다. 본 논문에서는 주석이 함유된 공정 스크랩, 슬러지, 도금 폐액 및 합금의 재활용 기술에 대하여 1970년부터 2013년까지 공개/등록된 한국, 미국, 중국, 일본, 유럽의 특허에 대하여 조사하였다. 특허는 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링 하여 연도, 국가, 출원인 및 기술에 따라 분석하였다.
주석은 땜납, 주석도금강판, 청동 합금, 투명전극용 타겟 및 화학첨가제 등에 널리 사용되고 있다. 최근 자원의 희소성 및 경제성으로 인해 주석 스크랩에 대한 재활용 기술이 연구되고 있다. 본 논문에서는 주석이 함유된 공정 스크랩, 슬러지, 도금 폐액 및 합금의 재활용 기술에 대하여 1970년부터 2013년까지 공개/등록된 한국, 미국, 중국, 일본, 유럽의 특허에 대하여 조사하였다. 특허는 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링 하여 연도, 국가, 출원인 및 기술에 따라 분석하였다.
Tin has been widely used to solder, tin plated steel, bronze alloy, sputtering target for transparent electrode and chemical additives. It has been widely reported to the recycling technologies for tin scraps because of the scarcity and economic efficiency of the reserve. This study was analyzed by ...
Tin has been widely used to solder, tin plated steel, bronze alloy, sputtering target for transparent electrode and chemical additives. It has been widely reported to the recycling technologies for tin scraps because of the scarcity and economic efficiency of the reserve. This study was analyzed by using open/registered patents KR, US, CN, JP and EP related to recycling technologies for processing scrap, sludges, waste fluid for plating process and spent alloy containing tin in between 1970 and 2013. Patents were collected using key-words searching and filtered by filtering criteria. The trends of the patents were analyzed by year, country, appliant and technology.
Tin has been widely used to solder, tin plated steel, bronze alloy, sputtering target for transparent electrode and chemical additives. It has been widely reported to the recycling technologies for tin scraps because of the scarcity and economic efficiency of the reserve. This study was analyzed by using open/registered patents KR, US, CN, JP and EP related to recycling technologies for processing scrap, sludges, waste fluid for plating process and spent alloy containing tin in between 1970 and 2013. Patents were collected using key-words searching and filtered by filtering criteria. The trends of the patents were analyzed by year, country, appliant and technology.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
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.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주석의 특징은 무엇인가?
국내 희유금속 종류 중 하나인 주석(Tin, Sn)은 낮은 융점(232 oC), 가단성 및 내부식성의 특성으로인해 땜납 재료, 주석도금강판, 합금재료 및 투명전극용 타겟 등전기 · 전자산업, 디스플레이산업, IT 산업 및 철강 산업 등에 필수불가결한 핵심 소재이다 1-4) .
2012년 국가별 주석 가용자원 보유량은 어떠한가?
Fig. 1(a)는 2012년 국가별 주석 가용자원 보유량과 생산량의 비율을 나타낸 그림으로 중국이 세계 주석 자원의 약 31%(세계 : 4,910,000톤, 중국 : 1,500,000톤)를보유하고 있으며, 인도네시아(점유율:16%)와 브라질(점유율:14%)이 주요 보유국으로 글로벌 주석 자원의 61%를 보유하고 있다. 3) Fig.
핀란드의 Yara Suomi OY 특허의 주요 내용은 무엇인가?
주요 출원인은 핀란드의 Yara Suomi OY로 4건이 패밀리 특허로 조사되었다. 이 특허의 주요 내용은 주석 폐액을 75 ~ 100 oC로 가열하여 폐 용액내에 주석 화합 물로 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.
참고문헌 (9)
Korea Institute of Energy and Resources, 1984: Rare metals and Advanced Technology, pp 1-4, Korea Institute of Energy and Resources, Korea
http://en.wikipedia.org/wiki/Tin
Mel Schwartz, 2002 : Tin and Tin alloys, Encyclopedia of Materials, Parts and Finishes, 2nd ed., pp 797-801, CRC Press, USA
Sanka Ganesan, Michael Pecht, 2006 : Lead-free Electronics:overview, Lead-free Electronics, 1st ed., pp1-16, Wiley-Interscience, USA
World Bureau of Metal Statics, www.world-bureau.com
A. M. Amer, 2003 : Processing of copper anodic-slimes for extraction of valuable metals, Waste Management, 23, pp763-770
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.