[논문]파쇄 기구에 따른 알루미늄 캔 재자원화 공정 중 발생한 블랙 드로스 내 알루미늄 회수에 관한 연구

한철웅; 손성호; 안병두; 김대근; 이만승; 김용환

doi:10.7844/kirr.2017.26.4.71

파쇄 기구에 따른 알루미늄 캔 재자원화 공정 중 발생한 블랙 드로스 내 알루미늄 회수에 관한 연구
Study on the Recovery of Metallic Aluminum in Black Dross generated from the Used Beverage Cans (UBC) Recycling Process with Crushing Mechanism 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.26 no.4, 2017년, pp.71 - 78

한철웅 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 손성호 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소) , 안병두 ((주)디에스리퀴드 기술연구소) , 김대근 (고등기술연구원 신소재공정센터) , 이만승 (목포대학교 공과대학 신소재공학과) , 김용환 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소)

초록
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본 연구는 UBC 재활용 용해공정 중 발생한 블랙 드로스 내 금속 알루미늄을 회수하기 위해 압축 및 충격 파쇄 공정에 따른 알루미늄 회수율에 대하여 조사하였다. 초기 알루미늄 블랙 드로스는 대부분 구형의 형상으로 약 10~40 mm 크기였다. 또한 블랙 드로스의 주요 구성 성분은 할라이트(NaCl), 실바이트(KCl), 스피넬($MgAl_2O_4$) 및 알루미나($Al_2O_3$)로 나타났다. 알루미늄 금속의 회수율 시험은 서로 다른 파쇄 기구를 갖는 죠 크러셔와 햄머밀 공정으로 진행하였다. 파쇄 기구에 따른 알루미늄 금속 회수 실험결과, 죠 크러셔 공정은 금속과 비금속 혼합물을 분리할 수 있었으나 햄머밀 공정은 금속과 비금속의 분리가 어려운 것으로 관찰되었으며 알루미늄 블랙드로스 내 금속 알루미늄을 회수하기 위한 파쇄 공정은 죠 크러셔 공정이 더 효과적인 것으로 보여진다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the recovery of metallic aluminium in the black dross generated from used beverage can recycling process with crushing mechanism such as compression and impact. The as-received Al black dross had a spherical shape, and its size was about 10~40 mm. Also, The X-ray diffraction pattern showed that the main contents of black dross are composed of halite (NaCl), sylvite (KCl), spinel ($MgAl_2O_4$) and corundum ($Al_2O_3$). A metallic aluminium recovery test was performed using jaw crusher and hammer mill having different crushing mechanism. It was analysed that Jaw crushing process can separate into metallic aluminium and non metallic constituents. However, hammer milling process shows significant difference on the separation results. It was found that jaw crushing process was effective for recovery of metallic aluminium in the black dross than that of hammer milling process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 UBC 재자원화을 위한 용해공정에서 발생한 블랙 드로스에서 금속 알루미늄을 회수하기 위해 전처리공정인 파쇄공정 기구에 따라 알루미늄의 회수 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 사용 후 알루미늄 캔(Used Beverage Can)의 재활용 용해공정에서 발생한 블랙 드로스 내 금속 알루미늄 회수를 위해 파쇄 기구에 따른 금속 알루미늄의 회수에 관한 연구를 진행 하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

Fig. 2는 본 연구에서 재자원화 공정 대상인 알루미늄 블랙 드로스의 초기 금속 알루미늄의 함량을 측정하기 위해 가수분해 공정 후 금속을 회수한 그림으로서 가수분해 공정은 죠 크러셔로 파쇄 된 블랙 드로스와 초순수(Purified water, DI water)를 1:16의 비율로 혼합하여 80^oC에 600 RPM으로 교반하였으며 총 5회 실시하여 금속 함량을 표준화하였다. Fig.
7 mm~300 µm의 구간에서 7종의 입자로 기계적 분급하여 금속 알루미늄과 비금속 성분과의 분리 가능성을 알아보았다. 기계적 분급 후 블랙 드로스 내 금속 알루미늄의 회수율은 금속과 비금속의 분리가 일어난 입자크기의 구간에서 금속의 무게를 측정하여 회수율을 조사하였으며, 각 공정별 파쇄 공정을 10회 실시 후 최대/최소 값을 제외한 후 이들의 평균값으로 회수율을 산출하였다.
또한 회수된 알루미늄 및 비금속 산화물은 전계방사형–주사전자현미경/에너지분산형 X-선 분광기(Field Emission-Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectroscopy, FE-SEM/EDS: QUANTA 200F, FEI)를 이용하여 미세조직 및 성분분석을 실시하였다.
분급된 입자는 X-선회절분석기(X-ray Diffractometer, XRD: X-ray Diffraction D8 Discover, BRUKER AXS)를 이용하여 상 분석을 실시하였다. 또한 회수된 알루미늄 및 비금속 산화물은 전계방사형–주사전자현미경/에너지분산형 X-선 분광기(Field Emission-Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectroscopy, FE-SEM/EDS: QUANTA 200F, FEI)를 이용하여 미세조직 및 성분분석을 실시하였다.
블랙 드로스 내 금속의 알루미늄을 회수하기 위한 파쇄공정은 압축력에 의한 파쇄 특성을 가진 죠 크러셔(Jaw crusher-Pulverusette 1, FRITSCH)와 충격력에 의한 파쇄 특성을 가진 햄머 밀(Hammer mill-Conduxhammer mill, CHM 210/150-S, NETZSCH)을 이용하여 건식 파쇄공정을 진행하였다. 파쇄된 블랙 드로스 입자는 시브 쉐이커(Sieve shaker)를 사용하여 6.
2. 실험방법

실험에서는 국내 D 社에서 UBC 재활용공정에서 발생된 블랙 드로스를 사용하여 드로스에 존재하는 알루미늄을 선택적으로 회수하는 공정을 진행하였다. Fig.
파쇄된 블랙 드로스 입자는 시브 쉐이커(Sieve shaker)를 사용하여 6.7 mm~300 µm의 구간에서 7종의 입자로 기계적 분급하여 금속 알루미늄과 비금속 성분과의 분리 가능성을 알아보았다.

대상 데이터

실험에서는 국내 D 社에서 UBC 재활용공정에서 발생된 블랙 드로스를 사용하여 드로스에 존재하는 알루미늄을 선택적으로 회수하는 공정을 진행하였다. Fig. 1은 본 실험에서 사용된 블랙 드로스 형상으로 대부분 둥근 구의 형상으로 그 크기가 10~40 mm이며, 표면에 알루미늄으로 보여 지는 금속 성분이 불규칙하게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.

성능/효과

Fig. 2(a)의 사진에서 보여지는 바와 같이 가수분해 공정 후 얻어진 금속은 알루미늄과 유사한 색을 띠고 있으며, 금속 표면이 일부 산화된 형태로 이루어진 것으로 관찰되어졌다. 회수된 금속은 FE-SEM EDS 분석을 통해 주로 알루미늄으로 이루어져 있으며, 일부 밝은 회색상은 Fe, O, Mn 및 Si과 알루미늄으로 이루어진 공정 복합상으로 분석되었다(Fig.
1. UBC 재활용 공정 중에 발생한 블랙 드로스에 존재하는 금속의 양을 알기위해 가수분해 공정 후 금속 함량을 측정한 결과 약 2.86%의 알루미늄 금속이 존재하는 것으로 분석되었다.
2. 죠 크러셔 공정은 압축의 힘으로 시료를 파쇄하고 연성이 우수한 알루미늄을 압착된 상태로 기계적 분급 시 6.7 mm 이상의 크기에서 금속 알루미늄과 비금속인 염화물과 산화물의 분리가 가능하였으나 햄머 밀 공정은 금속상과 비금속 상의 분리가 어려운 것으로 분석되었다. 블랙 드로스 내 금속 알루미늄 회수에 적합한 파쇄 공정은 죠 크러셔 공정을 적용하여 블랙 드로스에 함유된 알루미늄 중 약 97.
3. 회수된 알루미늄은 약 97.18%의 알루미늄 외에 Cu, Fe, Mn 그리고 Si 등의 불순물이 존재하고 있으며 이는 UBC에 함유된 합금 성분으로 판단된다.
그래프에서 보여지듯이 10회 실험 시 드로스 내 금속 알루미늄의 회수율은 약 72.7~109.9%로 회수율의 편차가 큰 것으로 관찰되었으며, 죠 크러셔 파쇄 공정 후 알루미늄 캔 재자원화 공정 중에 발생한 블랙 드로스에서 알루미늄의 최적 회수율은 약 97.6%이었다.
밝게 보이는 상은 미량의 Fe, Mn으로 이루어져 있는 공정상으로 확인 되었으며, EDS 스펙트럼 분석에서도 Fe, Mn, Si이 미량으로 검출이 되었다. 따라서 죠 크러셔 공정을 통해 파쇄된 6.7 mm 이상의 입자는 알루미늄으로만 이루어진 것을 XRD 상분석 결과와 FE-SEM EDS 분석을 통해 확인 할 수 있었다.
7 mm 이상의 크기에서 분급된 알루미늄을 FE-SEM을 이용하여 미세조직 및 EDS-mapping 성분분석 결과로서, 미세조직에서의 기지상은 알루미늄으로 나타났으며, 미량의 Mg가 고용되어 있는 것으로 확인되었다. 밝게 보이는 상은 미량의 Fe, Mn으로 이루어져 있는 공정상으로 확인 되었으며, EDS 스펙트럼 분석에서도 Fe, Mn, Si이 미량으로 검출이 되었다. 따라서 죠 크러셔 공정을 통해 파쇄된 6.
6은 죠 크러셔 공정에서 얻어진 금속 알루미늄의 회수율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 블랙드로스 내 알루미늄 회수율은 드로스 1.0 kg을 파쇄 공정 후 금속과 비금속 분리가 일어난 6.7 mm의 체눈 크기 이상에서 얻어진 알루미늄의 무게를 초기 블랙 드로스에 함유된 알루미늄의 무게(28.56 g)로 나눈 결과이며, 각 공정을 10회 실시한 후 얻어진 결과에서 최대/최소값을 제외한 후 이들의 평균값을 통해 최적 회수율을 산출하였다.
2(b), Table1). 이런 결과를 통해 가수분해 공정 후 회수된 금속은 주로 알루미늄으로 이루어진 것으로 분석되었으며, 가수분해 공정 5회 진행 후 얻어진 블랙 드로스 내 알루미늄의 표준함량 측정 결과를 Table 2에 나타내었으며, Table 2에서 보여지는 것과 같이 가수분해 공정 후 얻어진 알루미늄은 평균적으로 약 28.56 g으로 블랙 드로스 무게 대비 약 2.86%의 금속 알루미늄을 함유하고 있는 것으로 확인되었다.
죠 크러셔 공정 후 기계적 분급 된 입자 크기별 XRD 분석 결과[Fig. 4(a)], 입자크기가 300 µm 이하에서 6.7 mm의 입자 크기에서 주된 상은 염화물인 NaCl과 KCl이며, 미량의 MgAl2O4, Al2O3 그리고 Mg0.388Al2.408O4 산화물 상이 공통적으로 검출되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보크사이트 광석으로부터 생산된 알루미늄의 특성은 무엇인가?	보크사이트(Bauxite) 광석으로부터 생산된 알루미늄(Aluminum, Al)은 우수한 경량성, 가공성 및 전기전도도의 특성으로 인해 자동차, 항공, 건축자제, 음료수 캔 및 가전용품 등 산업전반에 걸쳐 널리 사용되어지며, 철(Fe)에 이어 전 세계 생산량 2위이다. 전 세계 알루미늄 소비량 중 27%는 자동차나 항공기, 선박 등 운송수단 제작에 쓰이고, 이외 건설에 24%, 전선에 21%, 음료수캔 등 포장재로 13% 등으로 사용되어지고 있다1).
	전 세계 알루미늄 소비량 중 27%를 차지하는 분야는 어디인가?	보크사이트(Bauxite) 광석으로부터 생산된 알루미늄(Aluminum, Al)은 우수한 경량성, 가공성 및 전기전도도의 특성으로 인해 자동차, 항공, 건축자제, 음료수 캔 및 가전용품 등 산업전반에 걸쳐 널리 사용되어지며, 철(Fe)에 이어 전 세계 생산량 2위이다. 전 세계 알루미늄 소비량 중 27%는 자동차나 항공기, 선박 등 운송수단 제작에 쓰이고, 이외 건설에 24%, 전선에 21%, 음료수캔 등 포장재로 13% 등으로 사용되어지고 있다1). 전 세계 알루미늄 수요의 생산비중 70%는 알루미늄 스크랩을 재자원화하여 사용 중에 있으며 나머지 30%는 광석으로부터 제련공정을 거쳐 알루미늄을 생산한다2).
	알루미늄의 용해 공정 중 발생하는 산출물에는 무엇이 있는가?	알루미늄은 산화가 잘 일어나는 대표적인 양성금속으로 용해 공정 중 세 가지 산출물이 발생된다. 첫째는 생산품인 용융 알루미늄이고, 두 번째가 배출가스이고, 세 번째가 용탕표면에서 걷어내지는 반용융 상태의 드로스이다3,4). 드로스는 용융 알루미늄과 다양한 산화물 그리고 염화물로 구성되어 있으며, 이들의 성분은 용해 방법과 사용되는 용제(Flux)의 양과 성분에 의해 좌우된다5).

참고문헌 (11)

S. N. Ab Rahim, M. A. Lajis, and S. Ariffin, 2015 : A review on recycling aluminum chips by hot extrusion process, Procedia CIRP, 26, pp761-766.

상세보기
P. E. Tsakiridis, P. Oustadakis, and S. Agatzini-Leonardou, 2013 : Aluminium recovery during black dross hydrothermal treatment, Journal of Environmental Chemical Engineering, 1, pp23-32.

상세보기
B. R. Das, B. Dash, B. C. Tripathy, I. N. Bhattacharya, and S. C. Das, 2007: Production of g-alumina from waste aluminium dross, Minerals Engineering, 20, pp252-258.

상세보기
Abdurahim, A., Adesola, A., and Mohamed, I. H., 2015 : Evaluating the Chemical Composition and the Molar Heat Capacities of a white Aluminum Dross, Energy Procedia, 75, pp2099-2105.

상세보기
Norihiro, M., Ikuo, M., Hiroyuki, U., Takayuki, M., junji, S., and Marjorie, V., 2012 : Synthesis of various layered double hydroxides using aluminum dross generated in aluminum recycling process, International Journal of Mineral Processing, 110-111, pp46-52.

상세보기
Eui-Sup, S., Eung-Mo, A., Su-Jeong, L., Chikara, O., Yun- Jong, K., and Sung-Baek, C., 2012 : Preparation of High Purity ${\alpha}$ -Alumina from Aluminum Black Dross by Redox Reaction, Korean Journal of Materials Research, 22(9), pp445-449.

원문보기 상세보기
O. Manfredi, W. Wuth, and I. Bohlinger, 1997 : Characterizing the physical and chemical properties of aluminum dross, JOM-Journal of the Minerals Metals & Materials Society, 49(11), pp48-51.
Ezzat, A E. K., Samih, A H., Mohamed, A. M., and Mohamed, I. Z., 2000 : Recovery of high surface area alumina from aluminium dross tailings, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 75, pp394-402.

상세보기
J. Hwang, X. Huang, and Z. Xu, 2006 : Recovery of Metals from Aluminum Dross and Saltcake, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 5(1), pp47-62.

상세보기
Do, Y. C., Wan, T. K., and Sang, B. K., 2010 : Particle-Size Distribution Dependent upon Crushing Mechanism and Crushing Circuit, Journal of the Mineralogical Society of Korea, 23(4), pp297-303.
L. G. Austin, 2004 : A preliminary simulation model for fine grinding in high speed hammer mills, Powder Technology, 143-144, pp240-252.

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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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