[논문]폐전자부품에서 유가금속 회수기술

김유상

doi:10.5695/jkise.2016.49.6.477

폐전자부품에서 유가금속 회수기술
Recovery of Valuable Metal from e-Wasted Electronic Devices 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.49 no.6, 2016년, pp.477 - 485

Abstract ▼ AI-Helper

As expensive and valuable metals being used in electronic and semiconducting industries are abandoned as industrial wastes after use of them, it is required to recover them from e-wasted electronics parts. Gold which is used for printed circuit boards or electronic equipments, accessories, etc., is one of e-Wasted materials and recently indium, gallium, zirconium, cobalt, molybdenum and lithium are bacome valuable metals to be recovered from the e-wastes. Since the amount of precious metals is now being faced with scarcity, lean too much on area and instability of supply, and industrial demands are rapidly increasing every year, it becomes more important to recover the valuable metals from the industrial wastes. In this review, we introduced technologies and research trend of the recovery processes of valuable metals from the e-wastes in high-tech devices over the world.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

해면상의 V-Ni촉매 잔사는 매년 전 세계적으로 발전소에서 생성되고 있으며 이러한 잔사에 함유된 유가금속의 회수가 중요하다. 본 연구에서는 2단계로 각기 다른 바이오 침출법을 사용하여 Penicillium simplicissimum의 침출성능을 조사하고 바이오 침출에 미치는 열전처리의 영향도 연구하였다[54]. 소정의 온도에서 전처리 공정에서 탄소와 휘발분을 제거하고 바이오 침출연구를 진행한 결과, V는 100% 침출되었고 Ni는 40%가 침출되었으며 Fe는 48.
이러한 문제들을 하결하기 위해서 인듐을 비롯한 유가금속들의 회수는 매우 중요하다. 이에 본 해설에서는 최근의 폐전자부품에서 유가금속을 회수하는 기술동향에 대하여 소개하고자 한다.

제안 방법

2014년 재단법인 포항산업과학연구원에서는 염화 지르코늄의 환원장치 및 환원방법의 특허를 등록(KR10-1351323)하였다[22]. 2013년에는 사용 후 핵연료 지르칼로이-4 피복관의 LiCl-KCl 용융염 전해정련을 통한 제염 가능성을 평가하기 위해 방사화학분석 코드(ORIGEN-2)를 통해 원자로 내에서 방사화 지르칼로이 피복관 핵종의 조성을 분석하였다[23]. 본 과제를 통해 개발된 지르칼로이 피복관 전해정련 기술은 피복관 이외에도 원전에서 발생하는 기타 지르코늄 합금 폐기물을 제염하는데 적용함으로써 고가 금지르코늄 회수하는데 활용할 수 있었다.
3% 회수율을 보였다. 생성된 순수 배양균은 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)로써 유기산을 측정하고 물리화학적 특성과 함께 XRF, XRD, FTIR 및 FE-SEM 분석법으로 시료의 형태변화를 종합적으로 조사하였다.
이에 앞서 2013년 포스코 엠텍에서는 지르코늄과 하프늄 분리를 위한 용매추출 방법의 특허를 등록(KR10-1316335-1)하였다[21]. 수용액 중의 지르코늄과 하프늄을 용매추출 공법으로 분리하기 위해 이수소하이포인산(Hypophosphite, H₂PO₂^-) 이온을 첨가하여 두 금속간의 분리도를 향상시키고 지르코늄 회수율을 증진시킬 수 있는 용매추출 방법을 사용하였다. 2014년 재단법인 포항산업과학연구원에서는 염화 지르코늄의 환원장치 및 환원방법의 특허를 등록(KR10-1351323)하였다[22].

대상 데이터

Nayaka 등은 폐리튬-이온 배터리의 캐소드 재료에 유기산을 사용한 유가금속 이온의 회수에 관한 논문을 발표하였다[47]. 80℃에서 리튬-코발트 산화물을 회수하는데, 킬레이트 화합물인 구연산과 아스코르브산을 환원제로 사용하였다. 2012년 중국 Central South Univ.

이론/모형

2009년 주식회사 엔코사에서는 MO-CVD 공정에서 발생하는 폐기물로부터 갈륨의 회수방법을 특허로 출원하였다[16]. 포집설비에서 발생하는 폐필터로써 갈륨 함유 분진(Ga-dust)을 분리, 회수하여 침출 및 전해채취를 통하여 회수하는 알칼리 전해채취법을 적용하였다. 1992년 윤경석 박사는 소재 공정기술개발 첨단소재용 갈륨 및 인듐 화합물의 제조기술 동향을 발표하였다[17].

성능/효과

2015년 국내에서는 불화물계 용융염을 이용한 지르코늄 스크랩의 전해정련 거동에 관한 논문이 발표되었다[20]. 6개의 다중전극을 이용하여 정련실험을 한 결과 낮은 25.64 mA/cm²조건에서 높은 98% 회수율을 보였고 회수된 Zr의 순도는 99.92%이었다. 이에 앞서 2013년 포스코 엠텍에서는 지르코늄과 하프늄 분리를 위한 용매추출 방법의 특허를 등록(KR10-1316335-1)하였다[21].
0M 옥살산염 용액으로써 CoC₂O₄·2H₂O로 침전시켜서 120분간 고체/액체 비율을 50g/L로 하였다[3]. LiCoO₂의 반응효율은 98%이상이었고, 습식야금학적 회수공정을 통하여 Co와 Li를 효과적으로 분리 회수할 수 있었다. 2007년 중국에서는 연성회로기판과 BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Scale Package)로부터도 유가금속을 회수하고자 하는 연구도 일부 진행되고 있다.
의 Hung-Yee Shu 등은 폐수에서 유가의 TMAH(Tetra-Methyl Ammonium Hydroxide)회수에 필요한 양이온 수지 고정층 칼럼에 관한 연구결과를 보고하였다[51]. 본 연구에서는 TFT-LCD 박막의 액정 디스플레이 폐수에서 9N의 염산을 사용한 이온교환수지로써 99.6%와 98.0%의 TMAH을 회수하고 있어, 최근 TMAH가 폐기물 산업에서 중요한 이슈로 등장하고 있음을 알 수 있다.
본 연구에서는 2단계로 각기 다른 바이오 침출법을 사용하여 Penicillium simplicissimum의 침출성능을 조사하고 바이오 침출에 미치는 열전처리의 영향도 연구하였다[54]. 소정의 온도에서 전처리 공정에서 탄소와 휘발분을 제거하고 바이오 침출연구를 진행한 결과, V는 100% 침출되었고 Ni는 40%가 침출되었으며 Fe는 48.3% 회수율을 보였다. 생성된 순수 배양균은 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)로써 유기산을 측정하고 물리화학적 특성과 함께 XRF, XRD, FTIR 및 FE-SEM 분석법으로 시료의 형태변화를 종합적으로 조사하였다.
의 Michaela Petersková 등은 역삼투 농축의 선택적 용매를 사용한 유가금속(Cs, Rb, Li, U) 이온의 추출에 관한 연구결과를 보고하였다[50]. 염분이 증가할수록 ZrP에 의한 Cs흡착량은 감소하였고 Cs처리량은 공통이온의 효과보다는 Cs와 Rb양에 좌우되었다. 2016년 대만 Hungkuang Univ.

후속연구

현재 국내의 경우 리튬이나 인듐, 갈륨 및 지르코늄, 코발트, 망간 등, 고가의 유가금속은 전량 수입에 의존하고 있다. 따라서 유가금속의 회수가 매우 중요하며, 향후 유가금속의 경제적인 회수를 위해서는 경제성 분석과 함께 폐기되는 전자부품에서 다량의 유가금속을 재활용할 수 있는 유가금속 회수기술의 개발에 많은 연구 및 투자가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 과제를 통해 개발된 지르칼로이 피복관 전해정련 기술은 피복관 이외에도 원전에서 발생하는 기타 지르코늄 합금 폐기물을 제염하는데 적용함으로써 고가 금지르코늄 회수하는데 활용할 수 있었다.
이유는 멤브레인 교체의 어려움과 겨울철 용수공급이 원활하지 못했었기 때문이었다. 이러한 문제점 해결과 함께 향후, 이온교환수지의 성능, 공정별 운전조건, 반응기 선정 및 자동화가 가능하다면 충분한 사업성이 있을 것으로 사료된다. 2013년 한국지질 자원연구소(KIGAM) 김병수 등은 인도의 Vinod Kumar와 함께 공동으로 폐DVD-PCSs에서 희유금속의 환경친화적인 회수에 필요한 분리기술을 개발하였다[52].
하지만, 백금의 재활용 점유율은 10% 이하로 보고되고 있다[7]. 한편, 스마트폰에는 마그네슘(Mg)이 약 5.54 g, 리튬 이차전지에는 코발트(Co)가 약 5.38 g, 주석(Sn)이 약 1.12 g이 함유되어 있으며[46] 유가금속 회수의 필요성이 고조되면서 이와 관련된 기술정보제공이 선행되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	귀금속의 주요 생산국은 어디인가?	그림 1에서 보는 바와 같이, 최근 6년간 세계적인 백금(Pt)의 공급량은 매년 조금씩 감소되거나 정체하고 있는 반면, 수요량은 대체적으로 증가되고 있음을 알 수 있다[45]. 현재, 귀금속의 주요 생산국은 남아프리카 공화국, 러시아, 브라질, 미국, 캐나다, 짐바브웨, 가나, 콜롬비아 등이며, 금은 남아프리카공화국(40%), 브라질(35%), 구소련(15%)에서 주로 생산되고 있으며, 백금족 금속은 남아프리카공화국과 러시아가 전 세계 생산량의 90% 정도를 차지하고 있다[45]. 2015년 Johnson Matthey사의 PGM 시장보고서에 따르면 남아프리카 공화국에서 79.
	유가금속은 주로 어느 분야에서 쓰이고 있는가?	리튬을 비롯한 금, 인듐, 갈륨 지르코늄 등의 유가금속은 스마트폰이나 LED, PC, 태양전지 및 연료전지 분야에서 널리 사용되고 있는 금속으로서 점차적으로 적용이 확대되고 있다. 1994년 태양금속공업(주)에서 산·금속 이온교환 회수설비를 개발하면서부터 현재 희성금속, 서라벌금속, 21세기금속 등의 기업에서 이러한 유가금속 회수설비를 제조하고 있다.
	유가금속을 회수하는 방법은 무엇이 있으며 각 특징은?	유가금속을 회수하는 방법에는 크게 건식법과 습식법이 있다. 건식법에는 벨트 샌딩, 그라인딩, 환원법이 있으나, 회수공정이 복잡하고 폭발의 위험이 따르고 고순도로 회수하는데 한계가 있다. 습식법에는 이온교환법, 역삼투법, 공침법이 있고, 전처리 공정을 거쳐서 선별된 유가금속들을 산이나 알칼리로 침출하고, 용매추출, 화학침전, 이온교환법, 여과 및 증류기술을 이용하여 목적금속을 분리, 농축한다. 전해정련하면 양극에서 Cu가 용해되고 음극에서 고순도의 Cu로 전착된다. 그림 2에서 보는 바와 같이, 폐전자부품에 함유된 독성의 물질을 제거한 후, 마지막 공정에서 가스화하거나 열분해하여 유가금속을 회수한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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