[논문]고효율 기계적 박리기술을 이용한 폐 젤리충진 통신케이블 재활용 연구

이수영; 엄성현; 서민혜; 이민석; 조성수

doi:10.7844/kirr.2016.25.3.37

[국내논문] 고효율 기계적 박리기술을 이용한 폐 젤리충진 통신케이블 재활용 연구
Highly Efficient Mechanical Separation Process for the Recycling of Waste Jelly-Filled Communication Cables 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.25 no.3, 2016년, pp.37 - 42

이수영 (고등기술연구원 신소재공정센터) , 엄성현 (고등기술연구원 신소재공정센터) , 서민혜 (고등기술연구원 신소재공정센터) , 이민석 (고등기술연구원 신소재공정센터) , 조성수 (고등기술연구원 신소재공정센터)

초록
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폐 젤리충진 케이블로부터 고순도 구리 와이어를 높은 회수율과 생산성으로 회수할 수 있는 친환경 공정을 개발하였다. 두 롤러(roller) 사이에 폐 케이블을 공급해주고 롤러의 밀착 압력이 외피(주로 polyethylene)의 인장강도 이상이 되면 자연스럽게 구리 심선과 외피로 분리되도록 한 단순한 기계적 방법만을 적용한 친환경 공정을 개발하였으며, 연속공정을 위한 세부 요소기술을 접목하고 이를 실험적으로 검증하였다. 연속공정을 통한 구리 와이어 평균 회수율은 98% 이상, 처리속도는 55 Kg/hr이었으며, 상업화 공정을 위한 진일보된 공정으로 평가될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Highly efficient and environmentally friendly mechanical process was developed for the higher recovery rate and productivity in the recycling of waste jelly-filled communication cables. Only the simplest mechanical method was designed and built for a continuous process, further proved experimentally along with the addition of several parts such as brush-type rollers and scrappers. In this process, the recovery rate and productivity were 98% and 55 Kg/hr respectively. This process is thought to be simple but highly advanced method for the commercialization of green process.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

현재까지 주로 사용되고 있는 폐전선 재활용 방법에는 열분리 혹은 열분해 등의 소각법,^1,4) 와이어 절단 및 챠핑(chopping)에 의한 기계적 방법,^5,6) 열매유 및 유기용매 등을 이용한 화학적 방법^7-10) 및 2종의 방법이 융합된 형태^11,12)가 있다. 상기 열거된 방법들은 각각의 문제점, 특히 환경오염에 대한 문제가 부각됨에 따라 상업적으로는 융복합 형태의 방법을 사용하여 생산성, 효율성 및 환경유해성을 적절히 해결하고자 한다.^13-16)
본 연구에서는 폐 젤리충진 통신케이블로부터 고순도 구리를 회수하기 위하여 고효율 기계적 박리기술을 적용하고, 효과적인 양산화를 위한 연속공정을 개발하였다. 선행연구에서¹³⁾ 부각된 대량물량 처리를 위한 양산화 공정 구현여부, 유지비용 절감 및 낮은 회수율 극복 이슈를 개선하기 위한 효과적인 기계적 방법을 고안하였다.
본 연구에서는 폐 젤리케이블을 연속공정이 가능한 기계적인 방법만을 이용하여 구리(Cu)와 피복(PE)/젤리성분으로 분리하고 고순도 구리를 회수하기 위하여 Pilot-scale의 폐 젤리케이블 재활용 시스템을 설계/제작하여 평가하였다. Pilot-scale 젤리케이블 재활용 시스템은 Fig.
통상적인 기계적인 방법은 젤리성분이 접착제 역할을 하여 구리 와이어와 합성수지 피복제 분리효율을 현저히 저하시킴으로써 공정의 상업화가 실질적으로 불가능 하다. 때문에 상업화 공정에서는 융복합 형태의 방법을 사용하여 생산성, 효율성 및 환경유해성을 적절히 해결하고자 한다. 하지만, 이 경우 전체 공정이 상당히 복잡해지기 때문에 공정 효율이 낮아지는 단점이 있다¹⁴⁾.

제안 방법

폐 젤리충진 케이블로부터 고순도 구리 와이어를 높은 회수율과 생산성으로 회수할 수 있는 친환경 공정을 개발하였다. 종래의 방법과 달리 가장 단순한 기계적 방법만을 적용한 친환경 공정을 개발하였으며, 연속공정을 위한 세부 요소기술을 접목하고 이를 실험적으로 검증하였다.
선행연구에서¹³⁾ 부각된 대량물량 처리를 위한 양산화 공정 구현여부, 유지비용 절감 및 낮은 회수율 극복 이슈를 개선하기 위한 효과적인 기계적 방법을 고안하였다. 특히, 젤리케이블의 형상을 적절히 고려하여 연속 공정을 설계함으로써 기계적 방법의 친환경성 및 생산성을 극대화할 수 있는 시스템을 구현하였다.
본 연구에서는 폐 젤리케이블을 연속공정이 가능한 기계적인 방법만을 이용하여 구리(Cu)와 피복(PE)/젤리성분으로 분리하고 고순도 구리를 회수하기 위하여 Pilot-scale의 폐 젤리케이블 재활용 시스템을 설계/제작하여 평가하였다. Pilot-scale 젤리케이블 재활용 시스템은 Fig. 1에서 볼 수 있듯이 케이블 공급부, 전처리부, 피복분리부, 회수부로 구성되어있으며 제어부에서 전체 공정 속도를 제어할 수 있도록 설계되었다. 분리효율 최적화를 위하여 피복분리부의 상하 압착롤러 사이의 거리는 최대 10 mm 까지, 회전 속도는 150 rpm 까지 변경할 수 있도록 설계되었다.
1에서 볼 수 있듯이 케이블 공급부, 전처리부, 피복분리부, 회수부로 구성되어있으며 제어부에서 전체 공정 속도를 제어할 수 있도록 설계되었다. 분리효율 최적화를 위하여 피복분리부의 상하 압착롤러 사이의 거리는 최대 10 mm 까지, 회전 속도는 150 rpm 까지 변경할 수 있도록 설계되었다.
구리 회수율을 측정하기 위해서는 케이블 외피가 제거된 젤리케이블을 화학적 방법을 활용하여 개별 구성 소재로 분리된 조성 값을 활용하였다. 시료의 상태에 따라 구성성분의 차이가 있을 수 있으므로 5회 측정하여 평균값을 산출하였고 이때 외피를 제외한 조성은 Cu 77.
5%였다. Pilot-scale 젤리케이블 재활용 시스템에 공급 전 시료의 무게를 측정하고 실험 후 회수되어진 Cu, PE를 시료 성분 분석과 동일한 방법으로 건조/회수하여 무게를 측정한 후 먼저 산출된 평균값과 비교하여 Cu 회수율, Cu/PE 분리율을 측정하였다.
3에서와 같이 피복만을 선택적으로 적정수준까지 압착해야 하며, 구리는 형태가 유지될 수 있도록 바람직하게는 구리 심선의 항복점과 인장강도 사이에서 힘을 가해지는 것이 효율적이다. 이를 위해서 두 롤러 사이에 간극을 최적화 하였다. 케이블의 투입 형태, 즉 다발 내의 케이블 와이어(wire) 개수 혹은 정렬된 정도에 따라 차이가 발생하지만, 직경변화율(1–T2/T1)이 5 - 10% 영역으로 조정이 되어야 한다.
4(a)에서 기계적 박리공정의 양산화를 위한 연속공정에 대한 개념도와 연속공정을 위한 세부 부품을 도식화하였다. 기존의 기계적 방법의 취약점이라 할 수 있는 젤리 성분 부착에 의한 부품의 오염을 방지하기 위하여 상하 롤러 측면에 스크래퍼(scrapper)를 설치하여 부착되는 피복물질을 실시간으로 제거할 수 있도록 설계하였다. 또한 배출되는 구리 심선을 효과적으로 회수하기 위하여 브러쉬(brush) 형태의 롤러를 추가적으로 설치하였다.
기존의 기계적 방법의 취약점이라 할 수 있는 젤리 성분 부착에 의한 부품의 오염을 방지하기 위하여 상하 롤러 측면에 스크래퍼(scrapper)를 설치하여 부착되는 피복물질을 실시간으로 제거할 수 있도록 설계하였다. 또한 배출되는 구리 심선을 효과적으로 회수하기 위하여 브러쉬(brush) 형태의 롤러를 추가적으로 설치하였다. 개발된 공정을 통해 회수된 구리와 제거된 피복을 Fig.
또한 공정의 복잡성으로 인해 공정의 효율을 떨어지고, 구리 회수율을 저하시키는 요인이 된다. 이에 반해 본 연구에서 개발된 기술은 단순한 기계적 방법을 효과적으로 활용함¹⁷⁾ 과 동시에 연속공정이 가능한 요소기술을 추가하여 가장 친환경적이고 생산성이 우수한 젤리 케이블 재활용 공정을 구현하였다(IAE-II).
폐 젤리충진 케이블로부터 고순도 구리 와이어를 높은 회수율과 생산성으로 회수할 수 있는 친환경 공정을 개발하였다. 종래의 방법과 달리 가장 단순한 기계적 방법만을 적용한 친환경 공정을 개발하였으며, 연속공정을 위한 세부 요소기술을 접목하고 이를 실험적으로 검증하였다. 연속공정을 통한 구리 와이어 회수율은 98%이상, 처리속도는 55 Kg/hr이었으며, 생산성 향상 및 처리된 구리 심선의 효과적인 회수를 위한 대용량 공정 개발이 현재 지속적으로 수행되고 있다.

성능/효과

구리 회수율을 측정하기 위해서는 케이블 외피가 제거된 젤리케이블을 화학적 방법을 활용하여 개별 구성 소재로 분리된 조성 값을 활용하였다. 시료의 상태에 따라 구성성분의 차이가 있을 수 있으므로 5회 측정하여 평균값을 산출하였고 이때 외피를 제외한 조성은 Cu 77.3%, 피복(PE) 11.2%, 젤리 11.5%였다. Pilot-scale 젤리케이블 재활용 시스템에 공급 전 시료의 무게를 측정하고 실험 후 회수되어진 Cu, PE를 시료 성분 분석과 동일한 방법으로 건조/회수하여 무게를 측정한 후 먼저 산출된 평균값과 비교하여 Cu 회수율, Cu/PE 분리율을 측정하였다.
본 연구에서 가장 강조되어야 할 부분은 연속공정으로 구리 회수율과 순도가 유지될 수 있다는 것이다. Fig.
추가적인 후처리 공정 없이 고순도 구리를 얻을 수 있다. 또한 98% 이상의 높은 구리 회수율을 보여주며, 55 Kg/hr 이상의 높은 생산성을 나타낸다. 롤 회전속도는 80 rpm이 적정하며 80 rpm을 기준으로 회전속도가 낮을 경우 투입속도 또한 낮아 생산성이 저하되며, 회전속도가 높을 경우 피복 분리 효율이 급격히 낮아진다.

후속연구

연속공정을 통한 구리 와이어 회수율은 98%이상, 처리속도는 55 Kg/hr이었으며, 생산성 향상 및 처리된 구리 심선의 효과적인 회수를 위한 대용량 공정 개발이 현재 지속적으로 수행되고 있다. 또한 개발된 기술의 실질적인 실증을 위하여 외피 포함한 폐 젤리케이블을 대상으로 한 전체 공정에 대한 평가를 통해 상용화를 위한 적용성을 평가해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	젤리충진 케이블은 어떤 구조로 이루어져 있나?	젤리충진 케이블은 설치작업 중 훼손 또는 접속 부분에 물이나 기타 이물질이 들어감으로써 발생되는 통화 접촉 불량을 막기 위해 외피 내측을 알루미늄박막으로 싸고 있으며, 알루미늄박막의 내부에는 젤리형 물질이 구리 세선 사이사이에 투입되어 세선을 서로 엉켜 붙도록 하고 있는 구조로 이루어져 있다. 현재까지 주로 사용되고 있는 폐전선 재활용 방법에는 열분리 혹은 열분해 등의 소각법,1,4) 와이어 절단 및 챠핑(chopping)에 의한 기계적 방법,5,6) 열매유 및 유기용매 등을 이용한 화학적 방법7-10) 및 2종의 방법이 융합된 형태11,12)가 있다.
	젤리충진 케이블의 재활용 공정의 상업화를 위한 융복합 형태의 방법을 사용했을 때의 단점은	때문에 상업화 공정에서는 융복합 형태의 방법을 사용하여 생산성, 효율성 및 환경유해성을 적절히 해결하고자 한다. 하지만, 이 경우 전체 공정이 상당히 복잡해지기 때문에 공정 효율이 낮아지는 단점이 있다14). 본 그룹에서 수행하였던 친환경 기계적 방법을 개발하기 위한 선행연구에서는 높은 구리 회수율(99.
	폐 젤리충진 통신케이블의 가치는?	구리 기반 통신케이블은 케이블의 노화 및 광통신케이블로 교체에 따라 전 세계적으로 발생량이 증가하고 있으며, 2008년 기준으로 국내에서만 연간 10,000톤 이상이 배출되었고, 이 중에서 젤리충진 케이블은 65%인 6,500톤 정도가 배출되는 것으로 추정된다. 폐 젤리충진 통신케이블에는 고순도 구리 성분이 약 70% 이상 포함되어 있기 때문에 회수가치가 높으며 대략적으로 재활용할 수 있는 구리의 양은 국내에서도 연간 약 4,000톤 이상으로 추산된다.1-3)

참고문헌 (17)

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D. K. Min and I. W. Sung, 2003: Evaluation of separation on the copper recovery from jelly filled type cable, Korean J. Sanitation, 18, pp. 20-26.
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Sungsu Cho, Sooyoung Lee, Myunghwan Hong, Minhye Seo, Dukhee Lee and Sunghyun Uhm, 2015: Upcycling of Waste Jelly-Filled Communication Cables, J. Korean Inst. Resources Recycling, 24, pp. 29-35.

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http://www.eldan-recycling.com/
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Sungsu Cho, Sooyoung Lee, Minhye Seo, Sunghyun Uhm and Myunghwan Hong, 2016: Method and apparatus for recycling a cable, KR Patent 10-1587507.

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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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