초록 ▼

본 연구는 고전압 펄스 기술을 폐인쇄회로기판(Waste Printed Circuit Board, WPCB)의 파ㆍ분쇄 전처리 공정에 적용하여 금속과 플라스틱을 선택적으로 분리하는 물리적 전처리 기술의 개발을 1차적 목표로 단체분리회수기술을 개발하는 것이다. 이 최종목표를 달성하기 위해 먼저, 인쇄회로 기판에 대한 유가금속의 성분분석 및 정량분석을 수행하고, 고전압 펄스 분쇄 시스템을 적용하여 휴대폰 PCB에 대한 분쇄실험과 폐전기전자기기인 컴퓨터에서 회수한 메인보드PCB에 대한 분쇄실험 및 기계적 분쇄 실험을 다음과 같이 수행하였다

본 연구는 고전압 펄스 기술을 폐인쇄회로기판(Waste Printed Circuit Board, WPCB)의 파ㆍ분쇄 전처리 공정에 적용하여 금속과 플라스틱을 선택적으로 분리하는 물리적 전처리 기술의 개발을 1차적 목표로 단체분리회수기술을 개발하는 것이다. 이 최종목표를 달성하기 위해 먼저, 인쇄회로 기판에 대한 유가금속의 성분분석 및 정량분석을 수행하고, 고전압 펄스 분쇄 시스템을 적용하여 휴대폰 PCB에 대한 분쇄실험과 폐전기전자기기인 컴퓨터에서 회수한 메인보드PCB에 대한 분쇄실험 및 기계적 분쇄 실험을 다음과 같이 수행하였다.
- 본 연구를 위해 수거한 폐휴대폰의 구성품별 평균 구성비는 LCD모듈 10%, 배터리 20%, 플라스틱류 30%, 경성 PCB 12%이며, 연성 PCB와 스피커 및 리튬전지 등을 포함한 기타 구성품이 28%로 확인되었다. 분리된 PCB에는 일반 금속성분으로 구리가 50%로 가장 많이 함유되어 있고 철과 주석은 각각 약 20%, 10%, 니켈, 납, 알루미늄은 5%, 아연은 약 3%함유된 것으로 알려져 있으며, 귀금속성분인 금, 은, 팔라듐은 각각 30oz./t, 58.4oz./t, 1.5oz./t 함유된 것으로 알려져 있다.
- Micro-focus X-ray CT를 이용하여 분쇄산물에 대한 3차원 형상 및 분포를 확인한 결과 다량의 금속성분이 플라스틱 성분과 분리되어 있음을 확인할 수 있었으며, 분석시료에 대한 정량분석 결과 금속성분은 약 30Vol.%, 플라스틱을 포함한 기타 성분은 약 70Vol.% 차지함을 알 수 있었다. 분석시료의 확대영역에 대한 SEM-EDX 분석 결과 기판으로부터 완전히 분리된 구리박판 및 소형 전자부품 내에 함유된 은, 납, 니켈, 주석 등의 다양한 금속성분들을 확인할 수 있었다.
- 고전압 펄스 분쇄시스템은 제어장치-충전용직류전원-고전압방전펄스발생 부분으로 나누어지며 함수발생기(function generator), controller, 직류전원공급기(DC power supply), 고저항기(high- resistor), spark trigger, marx generator로 구성된다. 구축된 나노세컨드 고전압 펄스 분쇄시스템의 최대 발생전압은 40kV씩 5stage로서 인가전압이 200kV이며, 최대 10stage(최대인가전압 400kV)까지 확장 가능한 구조로 이루어져 있다. 시험운전을 통해 기본적인 출력전압에 따른 controller 다이얼, 충전시간, gap Switch 간격 등의 제어변수를 설정하였다.
- 고전압 펄스 분쇄 실험으로서 150kV의 인가전압 하에서 휴대폰 PCB는 300회, 컴퓨터 메인보드 PCB 200회 방전하여 2mm이하의 분쇄산물을 얻었다. 전극간격은 10cm, 7.5cm, 5cm로 낮춰가며 분쇄실험을 수행하였다. 기계적 분쇄 실험으로 vibrating cup mill을 이용하여 동일한 분쇄시간 20sec으로 분쇄 횟수만을 증가시켜가며 폐휴대폰 PCB를 분쇄하였다.
- 선별된 산물에 대하여 현미경 관찰을 수행한 결과 금속성분으로 판단되는 비중 2.0Sink(중액선별), 1000cc Under/Flow(Jig선별) 산물에 기판으로부터 탈리된 소형전자부품과 플라스틱이 완전히 분리된 구리박판을 확인할 수 있었다. vibrating cup mill을 이용한 기계적 분쇄법의 산물은 기판으로부터 탈리된 소형전자부품은 보이지 않았으며 선별 후 산물은 금속과 플라스틱의 완전한 분리가 이루어지 않은 상태를 보였다.
- 차년도에서의 연구를 바탕으로 부품분리 및 부품단체분리 특성을 파악하기 위하여 폐컴퓨터 기판에 대해 고전압 펄스 및 기계적 분쇄를 수행하였다. 먼저, 고전압 펄스 분쇄 실험은 기판을 연속적으로 400회 방전하는 방식과 기판을 100회 방전 후 플라스틱 기판을 제외하고 부품만 대상으로 300회 방전하는 방식으로 나누어 실험을 수행하였다. 그리고 기계적 분쇄는 hammer mill과 pin mill을 대상으로 실험을 수행하였다. 실험 결과 기계적 분쇄보다 고전압 펄스 분쇄가 부품분리가 효율적으로 되었으며, 고전압 펄스 분쇄에서는 기판을 100회 방전후 플라스틱 기판을 제외하고 부품만 대상으로 300회 방전하는 방식이 미분리 산물이 적게 발생하고 부품분리가 효과적으로 되는 것을 확인하였다.