알루미나 제조공정 부산물인 레드머드는 여러 가지 유용한 자원을 포함하고 있음에도 불구하고 아직까지 재활용되지 않고 있어 환경문제를 야기하고 있다. 현재 우리나라에서 레드머드가 매년 약 20만 톤 이상을 생산하고 있으며 대부분이 야적되고 있는 실정이다. 글로벌하게 보면 최근 중국의 알루미나 생산량이 증가함에 따라 전 세계에서 발생하는 레드머드의 양은 1억 톤 이상으로 꾸준히 증가하고 있다. 레드머드의 재활용 기술은 우리나라를 비롯한 많은 국가에서도 개발되고 있지만, 재활용 및 처리 기술은 여전히 레드머드의 생산증가 속도에 비해 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 레드머드와 관련된 특허, 논문, 기술보고서를 내용별 연도별로 분석하였다. 또한 국내 산출 레드머드의 물성 분석을 통해 기초 소재특성 자료를 제공하였고 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다. 특히 레드머드에서 희토류를 회수하는 기술, 환경오염 방지제 기술 등은 수요가 높고 경제적 가치가 높기 때문에 전 세계적으로 개발되고 있는 것으로 파악되었다. 이처럼 본 연구에서 도출된 레드머드의 기술개발 사례 등의 자료는 향후 고부가가치의 실용적 연구 및 기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.
알루미나 제조공정 부산물인 레드머드는 여러 가지 유용한 자원을 포함하고 있음에도 불구하고 아직까지 재활용되지 않고 있어 환경문제를 야기하고 있다. 현재 우리나라에서 레드머드가 매년 약 20만 톤 이상을 생산하고 있으며 대부분이 야적되고 있는 실정이다. 글로벌하게 보면 최근 중국의 알루미나 생산량이 증가함에 따라 전 세계에서 발생하는 레드머드의 양은 1억 톤 이상으로 꾸준히 증가하고 있다. 레드머드의 재활용 기술은 우리나라를 비롯한 많은 국가에서도 개발되고 있지만, 재활용 및 처리 기술은 여전히 레드머드의 생산증가 속도에 비해 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 레드머드와 관련된 특허, 논문, 기술보고서를 내용별 연도별로 분석하였다. 또한 국내 산출 레드머드의 물성 분석을 통해 기초 소재특성 자료를 제공하였고 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다. 특히 레드머드에서 희토류를 회수하는 기술, 환경오염 방지제 기술 등은 수요가 높고 경제적 가치가 높기 때문에 전 세계적으로 개발되고 있는 것으로 파악되었다. 이처럼 본 연구에서 도출된 레드머드의 기술개발 사례 등의 자료는 향후 고부가가치의 실용적 연구 및 기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.
Red mud generated in the alumina manufacturing process contains various valuable resources, but it is not comprehensively recycled yet causing severe environmental problems. In Korea, red mud is producing about 200,000 tons annually and most of them are landfilled or disposed. Red mud's recycling te...
Red mud generated in the alumina manufacturing process contains various valuable resources, but it is not comprehensively recycled yet causing severe environmental problems. In Korea, red mud is producing about 200,000 tons annually and most of them are landfilled or disposed. Red mud's recycling technology is also being developed in many countries, but red mud's recycling technologies are still lacking compared to the production rate. In this study, we analyzed the characteristics and the amount of red mud, and the current status and technology development trend. Red mud has shown that recycling studies are being carried out in fields such as construction, recycling, metal recovery, adsorbent, and pollution stabilization. In particular, technologies for recovering rare earths have been developed as worldwide because of their high economic value. The data analyzed in this study will be used as basic data for the further development of technologies in the future.
Red mud generated in the alumina manufacturing process contains various valuable resources, but it is not comprehensively recycled yet causing severe environmental problems. In Korea, red mud is producing about 200,000 tons annually and most of them are landfilled or disposed. Red mud's recycling technology is also being developed in many countries, but red mud's recycling technologies are still lacking compared to the production rate. In this study, we analyzed the characteristics and the amount of red mud, and the current status and technology development trend. Red mud has shown that recycling studies are being carried out in fields such as construction, recycling, metal recovery, adsorbent, and pollution stabilization. In particular, technologies for recovering rare earths have been developed as worldwide because of their high economic value. The data analyzed in this study will be used as basic data for the further development of technologies in the future.
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문제 정의
또한 본 연구에서는 국내에서 산출되는 레드머드를 가지고 기초실험을 진행하여 물리화학적 특성을 파악하였다. 국내 산출 레드머드의 성분분석과 미세구조분석을 통해 소재 기초특성 자료를 제공함으로써 앞으로 진행될 여러 연구의 비교검증 자료로 활용하고자 하였다. 마지막으로 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 구체적으로 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다.
국내 산출 레드머드의 성분분석과 미세구조분석을 통해 소재 기초특성 자료를 제공함으로써 앞으로 진행될 여러 연구의 비교검증 자료로 활용하고자 하였다. 마지막으로 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 구체적으로 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다. 본 연구의 최종적인 목표는 기존연구 분석 및 기초실험을 통하여 레드머드 재활용의 문제점 및 소재특성을 파악하고, 기술 분석을 통하여 향후 새로운 재활용 기술개발의 방향을 제시하는 것으로, 본 연구에서 도출된 레드머드의 발생 현황, 산업 동향, 기술개발 사례 등의 자료는 향후 고부가가치의 실용적 연구 및 기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 지금까지 여러 분야에서 독자적으로 개발되고 있는 레드머드 관련 연구들을 종합적으로 검토, 분석하여 재활용의 문제점과 특성에 대한 자료를 확보하고자 하였다. 이를 위해 레드머드와 관련된 보고서, 특허, 논문을 내용별 연도별로 분석하였다.
제안 방법
국내에서 발생하는 레드머드의 물리화학적 소재특성을 파악하기 위하여 XRF (X-Ray Fluorescence, Shimadzu XRF-1800, Japan), SEM (Scanning Electron Microscopy,JEOL JSM-6700F, Japan) 분석을 실시하였다. XRF분석 결과 레드머드에는 철, 티타늄, 알루미늄 등의 유가물질이 레드머드에 약 70% 이상으로 포함되어 있음을 알 수 있었다.
이를 위해 레드머드와 관련된 보고서, 특허, 논문을 내용별 연도별로 분석하였다. 또한 본 연구에서는 국내에서 산출되는 레드머드를 가지고 기초실험을 진행하여 물리화학적 특성을 파악하였다. 국내 산출 레드머드의 성분분석과 미세구조분석을 통해 소재 기초특성 자료를 제공함으로써 앞으로 진행될 여러 연구의 비교검증 자료로 활용하고자 하였다.
레드머드 관련 논문은 학술연구기관, 기업체를 포함하여 조사하였다. 2007년에 칼라 콘크리트, 흙 포장재를 만드는 등 건축 재료에 레드머드를 사용하는 연구가 처음으로 발표 되었다.
또한 레드머드를 이용하여 녹조류 제거에 활용하는 방안이 연구되기도 하였다. 레드머드의 pH가 높으므로 열처리, 바닷물에 의한 중화, 산에 의한 중화등 3가지 방법으로 우선 활성화하는 전처리를 거쳤다. 레드머드에는 응집역할을 할 수 있는 Ca, Al, Fe원소가 풍부하므로 조류 흡착이 가능한 것을 밝히었으며, 입자크기에 따라 0.
또 다른, 레드머드를 이용한 환경 적용 연구는 레드머드 응집제로 수중내의 인을 제거하는 방법이었다. 이를 위하여 레드머드에 염산을 반응시킨 후 유리필터로 여과하여 실험하였다. 100mg/L의 인산염 인(PO43-P)에 레드머드 응집제 80mg/L 이상을 pH 5 ~ 7 사이에 투입하였을 경우 95% 이상의 인산염 인 제거가 보고되었다.
본 논문에서는 지금까지 여러 분야에서 독자적으로 개발되고 있는 레드머드 관련 연구들을 종합적으로 검토, 분석하여 재활용의 문제점과 특성에 대한 자료를 확보하고자 하였다. 이를 위해 레드머드와 관련된 보고서, 특허, 논문을 내용별 연도별로 분석하였다. 또한 본 연구에서는 국내에서 산출되는 레드머드를 가지고 기초실험을 진행하여 물리화학적 특성을 파악하였다.
대상 데이터
연구적인 측면으로는 다양한 분야 레드머드의 재활용에 대한 연구 및 특허들이 제시되고 있다. 국내에서 출원한 특허내용에 대하여서는 Fig. 4에 나타내었으며, 분석 키워드는 레드머드, 재활용, 보크사이트, 슬러지, 알루미나 부산물, 스칸듐, 인공어초, 성토제, 고화재 등을 사용하였다. 내용적으로는 건축 및 토목 자재로의 재활용, 적조 제거제로의 활용, 오염물질 제거를 위한 흡착제로의 응용, 인공어초 구조체에 대한 원료 사용, 그리고 레드머드 내에 함유된 유가금속 회수 등에 대한 특허가 출원되어 있다.
성능/효과
국내에서 발생하는 레드머드의 물리화학적 소재특성을 파악하기 위하여 XRF (X-Ray Fluorescence, Shimadzu XRF-1800, Japan), SEM (Scanning Electron Microscopy,JEOL JSM-6700F, Japan) 분석을 실시하였다. XRF분석 결과 레드머드에는 철, 티타늄, 알루미늄 등의 유가물질이 레드머드에 약 70% 이상으로 포함되어 있음을 알 수 있었다. 또한 희토류 원소인 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La) 등이 소량 포함되어 있는 것으로 알려져 있다.
그 개수를 비교한 결과 건축 분야의 특허가 가장 많이 출원됨을 알 수 있었다. 관련 논문의 현황 분석 결과 건축재료, 흙 포장재, 레드머드 특성 및 현황, 중금속 오염 안정화 등의 내용으로 발간되었는데 2013년에 가장 활발히 발표되었고 건축 재료로 레드머드 이용 관련 논문이 78%로 높은 비율을 차지한다. 향후 고부가가치의 재활용 방안이 마련되어야 하는데 이러한 기술개발의 대표사례는 희토류 회수기술 개발이라 할 수 있다.
국내 ㈜KC에서 생산된 레드머드의 XRF 분석 결과 주요 성분으로 Fe2O3 40.9%, Al2O3 22.0%, SiO2 13.2%, TiO2 8.23%, CaO 7.09%, Na2O 6.23% 등이 검출되었고, 기타 성분으로 SO3, MgO, ZrO2, P2O5,Cr2O3, K2O 등이 1% 미만 소량 검출되었다.
국내외 레드머드 재활용 특허 현황을 보면, 그 내용이 건축 및 토목 자재로의 재활용, 적조 제거제로의 활용, 오염물질 제거를 위한 흡착제로의 응용, 인공어초 구조체에 대한 원료 사용, 그리고 레드머드 내에 함유된 유가금속 회수 등에 대한 특허이다. 그 개수를 비교한 결과 건축 분야의 특허가 가장 많이 출원됨을 알 수 있었다. 관련 논문의 현황 분석 결과 건축재료, 흙 포장재, 레드머드 특성 및 현황, 중금속 오염 안정화 등의 내용으로 발간되었는데 2013년에 가장 활발히 발표되었고 건축 재료로 레드머드 이용 관련 논문이 78%로 높은 비율을 차지한다.
레드머드의 pH가 높으므로 열처리, 바닷물에 의한 중화, 산에 의한 중화등 3가지 방법으로 우선 활성화하는 전처리를 거쳤다. 레드머드에는 응집역할을 할 수 있는 Ca, Al, Fe원소가 풍부하므로 조류 흡착이 가능한 것을 밝히었으며, 입자크기에 따라 0.2mm 이하의 입자 크기일 경우에는 자연부상으로 조류제거가 가능하고, 0.6mm 이상일 경우에는 침강 분리, 이 사이일 경우에는 수중에 입자 상태로 떠 있는 것을 확인하였다. 또 다른, 레드머드를 이용한 환경 적용 연구는 레드머드 응집제로 수중내의 인을 제거하는 방법이었다.
논문에 의하면 레드머드를 70 ~ 100%까지 함유한 인공어초에서 레드머드 함량에 관계없이 초기에 서식하는 식물의 부착이 활발하여 동물이 바로 서식하는 먹이사슬을 형성하였다고 한다. 상용화를 위해 어초가 적정한 강도 등의 물성을 지니기 위해서는 25% 정도의 점토를 점결제로 활용하는 것이 유리한 것으로 연구되었다. 해양수산부의 2015년 11월에 공개된 수산자원조성사업 현황자료를 보면, 연안목장을 2015년 36개소에서 2020년 50개소를 조성할 계획으로 있고, 갯녹음으로 인한 바다사막화의 진행으로 수산생물의 산란·서식장이 축소됨으로 바다숲 조성을 통한 연안생태계 복원을 위한 바다숲 조성 사업을 기획하고 있다.
이는 미생물의 활동성이 증가하고 식물의 중금속 흡수력 감소 등으로 확인할 수 있었다. 석회암과 슬래그 같은 토양개량제와 비교했을 때, 레드머드에서 처리한 토양에서 자란 상추의 중금속 농도가 가장 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 레드머드를 이용하여 녹조류 제거에 활용하는 방안이 연구되기도 하였다.
후속연구
예를 들면, 카올린/플라이 애쉬/레드머드를 활용한 폐수 중 중금속 제거 흡착연구, 제지슬러지/플라스틱/레드머드를 활용한 VOC 제거 흡착연구 등을 비롯한 다양한 연구가 진행되고 있다40-42). 그러나 아직 상용화에 따른 실제 이용도가 많이 부족한 실정으로 좀 더 적극적인 연구를 통하여 다양한 산업부산물을 활용한 대기 및 수질 오염 물질 제거를 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.
또한 희토류 원소인 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란타넘(La) 등이 소량 포함되어 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 레드머드로부터 유가 금속과 희토류 원소를 재활용하는 기술 개발이 필요할 것으로 판단된다.
그 외에 흡착제 기술 개발, 토양 안정화를 위한 레드머드 사용 기술, 인공어초 기술개발이 있다. 본 논문에서 조사된 자료들이 재활용의 필요성 및 중요성이 점점 높아지고 있는 현 시점에서 고부가가치 기술개발에 활용되기를 기대한다.
마지막으로 국내외 레드머드 재활용의 실용화 추진 사례를 구체적으로 분석하여 실용화 기술 개발 가능성을 제시하였다. 본 연구의 최종적인 목표는 기존연구 분석 및 기초실험을 통하여 레드머드 재활용의 문제점 및 소재특성을 파악하고, 기술 분석을 통하여 향후 새로운 재활용 기술개발의 방향을 제시하는 것으로, 본 연구에서 도출된 레드머드의 발생 현황, 산업 동향, 기술개발 사례 등의 자료는 향후 고부가가치의 실용적 연구 및 기술 개발에 기여할 것으로 판단된다.
이처럼 계속해서 증가하고 있는 연구에 대해 최신 자료의 수집과 현황에 대한 분석이 필요하다. 이러한 분석을 통해 향후 관련 특허 개발 및 연구 향상이 이루어 질 수 있을 것으로 기대한다.
관련 논문의 현황 분석 결과 건축재료, 흙 포장재, 레드머드 특성 및 현황, 중금속 오염 안정화 등의 내용으로 발간되었는데 2013년에 가장 활발히 발표되었고 건축 재료로 레드머드 이용 관련 논문이 78%로 높은 비율을 차지한다. 향후 고부가가치의 재활용 방안이 마련되어야 하는데 이러한 기술개발의 대표사례는 희토류 회수기술 개발이라 할 수 있다. 레드머드에 활용도가 높은 스칸듐이 함유되어 있어 레드머드의 활용가치를 높일 수 있다는 사실로 이것이 전 세계적으로 연구되고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레드머드는 무엇인가?
레드머드(Red mud)는 보크사이트(Bauxite)를 원료로 알루미나를 제조하는 공정에서 발생하는 적색의 공정산출물이다. 현재 산업의 발달로 인해 알루미나 수요량이 증가함에 따라 레드머드의 발생량도 비례하여 증가하고 있는 상황이다.
레드머드에서 스칸듐을 회수하는 기술 중 가장 많이 사용되는 방법은 무엇인가?
이에 따라 레드머드에서 스칸듐을 회수하는 기술이 전 세계적으로 연구되고 있는 실정이다. 여러 가지 추출, 회수 기술이 있으며 가장 많이 사용되는 방법들은 산 침출을 통한 용매추출 방법 및 이온 교환 수지를 이용한 회수 방법 등이다. 지금까지 레드머드에서 스칸듐을 용매추출 하여 회수하는 연구는 전 세계적으로 광범위하게 연구되고 있다27,31-39).
레드머드에는 어떤 물질이 포함되어 있는가?
레드머드에는 Hematite (35 ~ 40% Fe2O3), Hydrate Alumina (15 ~ 20% Al2O3·xH2), Sodalite (5 ~ 10% Na2O2·SiO2·Al2O3), Calcium minerals (5 ~ 10% CaO,CaCo3), Quartz (5 ~ 10% SiO2), Zeolite (5 ~ 10% Cancrinite) 등의 주요 성분과 기타 소량의 희소금속 광물질이 포함되어 있다11-14). 이처럼 유가성의 희소금속 성분이 포함되어 있음에도 효율적인 금속 회수 방법을 찾지 못해 기존에는 대부분 육상 매립 및 해양 투기로 처리되어 왔다.
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