초록 ▼

개발 목적 및 필요성
본 사업에서는 니켈광 제련시 부산물로 년간 240만톤 이상 발생하는 페로니켈 슬래그 처리에 대한 환경적 문제점을 개선하고, 효율적인 성분분리를 통하여 기능성 실리카 및 마그네슘 유도체 제조를 통하여 기능성 소재로서 재활용할 수 있는 기술을 실증화 한다.

연구개발 결과
1. 최종목표
• 니켈광 제련 공정에서 년간 240만톤 이상 폐기물로 발생하는 페로니켈 슬래그의 재활용을 위한 친환경 공정 및 기능성 소재 제조기술의 실증화.
• 세계 최고의 경쟁력을 갖는 기능성 실리카 및 마그네

개발 목적 및 필요성
본 사업에서는 니켈광 제련시 부산물로 년간 240만톤 이상 발생하는 페로니켈 슬래그 처리에 대한 환경적 문제점을 개선하고, 효율적인 성분분리를 통하여 기능성 실리카 및 마그네슘 유도체 제조를 통하여 기능성 소재로서 재활용할 수 있는 기술을 실증화 한다.

연구개발 결과
1. 최종목표
• 니켈광 제련 공정에서 년간 240만톤 이상 폐기물로 발생하는 페로니켈 슬래그의 재활용을 위한 친환경 공정 및 기능성 소재 제조기술의 실증화.
• 세계 최고의 경쟁력을 갖는 기능성 실리카 및 마그네슘 유도체 제조 실증화를 통해 세계시장 진입.

2. 개발내용 및 결과
• 슬래그의 활성화 및 분리 효율 최적화
- ACM 시스템 최적화
• Jet pumping 시스템을 이용한 마그네슘 성분 연속 leaching 공정 도출
- 100㎏/h 규모 시스템 도출
• 물유리의 [SiO₂] / [Na₂O] 향상에 의한 물성 제어
- 물유리 품위 향상에 의한 실리카 물성 제어
• 1,000L 규모 고속순간 연속반응장치 제작에 의한 성분 분리 및 시제품 제조
• 시제품(SiO₂, Mg(OH)₂, MgO)의 물성제어 최적화 및 양산화 기술 확보
• 합성 시제품의 분쇄/분급 기술 최적화
- ACM, Jet Mil, Spin-flash dryer 및 고압 spray dryer에 의한 시제품 물성 최적화
- 초미분 분급 시스템 최적화

3. 개발기술의 특징 및 장점
• 본 기술은 니켈광 제련공정에서 부산물로 발생되는 년간 240만톤 이상의 폐기물인 페로니켈 슬래그는 상당량의 유용한 금속을 포함하고 있어, 이를 이용한 고기능성 나노기공 실리카와 고순도의 마그네슘 산화물을 제조하는 폐기물의 자원화 기술이다.
• 독자적인 Micronizing 시스템을 이용하여 슬래그의 분쇄/분급 공정을 생략하면서 균일한 비정질 입자가 생성되도록 유도하며, 물유리 제조 공정에서는 기존의 1,250℃ 가열 조건을 100℃ 이하로 획기적으로 낮춤으로서 에너지 비용 절감에 따른 최종제품의 원가경쟁력을 확보하고자 한다.
• 나노기공 실리카(SiO₂)를 생산할 수 있는 기업은 세계적으로 Rodia(프랑스), Evonic(독일), OSC(대만) 사 등을 꼽을 수 있지만, 현재 국내에서의 생산은 전무한 상황이며, 현재 본 기술의 나노기공 실리카 제조기술은 화학반응 경로는 상기 다국적 기업들과 동일하지만, 합성방법은 차별적으로 우위에 있는 기술로 판단된다.
• 본 실증화 사업이 기존에 본 연구팀이 보유하고 있는 특허 기술을 이용하여 성공적으로 수행될 경우 개발 성과를 직접 상업생산에 적용이 가능하여 산업 폐기물을 이용한 나노기공 실리카 및 마그네슘 화합물의 대량생산 체제가 가능하고 지금까지 해결되지 못 한 니켈광 제련 공정에서의 부산물 처리 문제를 고부가가치 산업으로 전환할 수 있다
• 본 기술에 의해 생성되는 마그네슘 화합물은 매년 20% 이상 시장규모가 성장하고 있으며, 나노기공 실리카는 실리콘 고무 및 저연비 타이어용 충전제로서 년간 15% 이상 지속적으로 성장하고 있다.

4. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
• 니켈광 제련공정에서 발생되는 부산물인 페로니켈 슬래그로부터 산화마그네슘(MgO)과 규산나트륨(Na₂O·SiO₂)의 분리기술을 통하여 나노기공 실리카(SiO₂) 및 산화마그네슘을 제조 실용화 기술을 개발함으로서 년 간 240만톤 이상 발생하는 폐자원의 일부를 재활용 및 소재화 기술적용하여 사업화 전개 가능.
• 국내의 나노기공 실리카(SiO₂) 기술은 일부 제품이 국산화되어 있으나,현재까지는 세계적 경쟁력을 갖춘 원천기술을 확보하지 못하고 있다.
본 기술 개발에 의해서 원천기술을 확보함으로서 세계 시장을 대상으로 사업 전개가 가능
• 국내·외 그린타이어의 충전제, 정밀화학용 그리고 다양한 분야의 보강제나 첨가제로 사용되는 나노기공 실리카(SiO₂) 공급(62,000톤/년, 726억원)
• 마그네슘은 플라스틱 소재를 사용하는 전자제품의 두께를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 수송기계의 무게 및 부피를 크게 감소시키므로 휴대용 전자기기 부품과 자동차용 부품으로 최근 그 수요가 크게 증가하고 있다. 또한, 소재의 재활용 및 주조성이 우수한 장점이 있다.

5. 적용분야
• 나노기공 구조를 갖는 silica는 정밀화학 산업을 비롯하여, 반도체, 전자재료, 석유화학,생물산업, 의약산업, 생물화학, 환경산업, 잉크, 페인트, 주류, 타이어 산업, 정보기록지, 토목, 건축, 세라믹, 단열, 센서재료, 제지산업, 식품산업 등의 다양한 산업의 첨가제로서 여러 산업에서 필수 기능성 소재의 중요한 역할을 하고 있으며, 다양한 분야에서의 사용이 늘어나면서 지속적으로 성장해 나갈 것이다. 특허 타이어 산업쪽에서의 그린 타이어 개발을 위해서는 실리카의 사용이 필수적이다.

• 마그네슘은 금속 및 화합물 형태로 다양하게 사용되고 있는데, 금속은 합금재료, 내화물 원료 및 전지, 비료, 고무, 의약품, 제지, 플라스틱 등의 다양한 산업원료로 사용되고 있다. 마그네슘 제품 단계별 주요 용도로서 염화마그네슘은 마그네슘 금속의 제련원료이며, 산화물은 내화물 원료 로, 수산화물은 난연제 등 화학제품 첨가제로 사용되고, 탄산마그네슘은 절연체, 고무, 페인트, 안료, 유리, 잉크 및 요업원료로 사용되며, 금속은 자동차, 항공기용 경량 합금재료로 사용되고 있다.

• 마그네슘 금속은 주로 알루미늄과 함께 자동차, 항공기용 경량 합금이나 합금 첨가재료로 사용되는 양이 가장 많다. 이외, 건전지 등 전기화학 재료로 많이 쓰이고, 리본이나 분말형태로 플래시램프, 게터 등에도 사 용되며, 티탄, 지르코늄, 베릴륨 등의 순금속 제조용 환원제, 전기방식(電氣防蝕) 등에도 쓰이고 있다. 또한, 마그네슘, 알루미늄, 아연, 망간계 합 금 외에 토륨, 희토류를 함유하는 새로운 합금도 등장하여 뛰어난 가소 성, 가볍고 강도를 가진 구조재로서도 수요가 증가하고 있다.

성능사양 및 기술개발 수준
• 페로니켈 슬래그로 부터 유용한 소재를 재 활용할 수 있는 연구를 통하여 폐기물의 자원화 기술과 함께 목표 결과를 도출하였다.
* 나노기공 실리카 순도 : 98.25% (목표 95%)
* 산화마그네슘(MgO) 순도 : 96.88% (목표 90%)

활용계획
- 페로니켈 슬래그를 통한 나노기공 실리카 기술로 다양한 용도로 활용이 가능하며, 특히 green tire 관련 사업화를 추진하고자 한다.
- 산화마그네슘은 융점이 높고, 고온에서 내연기성 및 전기절연성이 뛰어나 내열재료, 절연재, 조명재료, 고무 첨가제 등 활용이 많아 사업화 가능.

( 출처 : 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
According to this study, We could manufacture and separate the useful materials from Ferro-nikel slag by melting, grinding, leaching.

● Magnesium Oxide (MgO) Purity : 96.887% (Goal : 90%)
● Silicon Oxide (SiO₂) Purity : 98.256% (Goal : 95%)

( 출처 : SUMMARY 13

Ⅳ. Results
According to this study, We could manufacture and separate the useful materials from Ferro-nikel slag by melting, grinding, leaching.

● Magnesium Oxide (MgO) Purity : 96.887% (Goal : 90%)
● Silicon Oxide (SiO₂) Purity : 98.256% (Goal : 95%)

( 출처 : SUMMARY 13p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 15
• 표목차 ... 17
• 그림목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1-1. 연구개발 목적 ... 22
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 23
• 1-3. 연구개발 범위 ... 30
• 1-4. 연구개발의 추진전략·체계 및 연구수행 방법 ... 36
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 42
• 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 44
• 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 45
• 2-3. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 51
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 56
• 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 58
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 61
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 131
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 134
• 4-1. 목표달성도 ... 136
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 141
• 5. 연구결과의 활용계획 등 ... 143
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 145
• 5-2. 사업화계획 및 효과 ... 145
• 5-3. 기대성과 ... 146
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 150
• 6-1. 해외연구 동향 ... 152
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 154
• 7-1. 본 과제는 보안등급 : 일반과제 공개유보 ... 156
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 158
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실등의 안전조치 이행실적 ... 160
• 9-1. 연구실내 안전교육 실시 ... 162
• 9-2. 연구실내 안전장치 강화 및 안전 포스터 ... 162
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 168
• 10-1. 연구과제의 대표적 연구실적 ... 170
• 11. 기타사항 ... 173
• 11-1. 요약서 공정·제품 사진 및 도면 부분 첨부함 ... 175
• 11-2. 분석 Data ... 181
• 12. 참고문헌 ... 187
• 끝페이지 ... 193