보고서 정보
주관연구기관 |
한국지질자원연구원 Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources |
연구책임자 |
김수경
|
참여연구자 |
이강인
,
손정수
,
양동효
,
신도연
,
배무기
,
Trinh Bich Ha
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-07 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO201800023154 |
과제고유번호 |
1485013224 |
사업명 |
글로벌탑환경기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2018-06-30
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키워드 |
폐가전.재활용.파쇄.선별.파일롯 플랜트.Crushing.Recycling.Crushing.Sorting.Pilot plant.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800023154 |
초록
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개발 목적 및 필요성
◦ 폐전기전자기기(WEEE) 재활용기술은 발생되는 폐기물의 종류에 따라 추적기술개발이 이루어져야하며 현재 기술우위가 절대 유지되지 못하는 상황으로 지속적 개발이 요구됨
◦ 지난 10년간 국내 폐가전제품의 발생량은 계속해서 증가하고 있으나 처리시설은 10년전 수준에서 크게 발전하지 못하고 있음
◦ 아울러, 유가금속의 가격 상승과 재활용 의무비율 등이 증가함으로 인해 폐가전 리싸이클링 시스템의 선진화 필요성이 대두
◦ 국내 R/C의 설비 중 파쇄기, 선별기는 독일 등 외산 설비에 의존하고 있으
개발 목적 및 필요성
◦ 폐전기전자기기(WEEE) 재활용기술은 발생되는 폐기물의 종류에 따라 추적기술개발이 이루어져야하며 현재 기술우위가 절대 유지되지 못하는 상황으로 지속적 개발이 요구됨
◦ 지난 10년간 국내 폐가전제품의 발생량은 계속해서 증가하고 있으나 처리시설은 10년전 수준에서 크게 발전하지 못하고 있음
◦ 아울러, 유가금속의 가격 상승과 재활용 의무비율 등이 증가함으로 인해 폐가전 리싸이클링 시스템의 선진화 필요성이 대두
◦ 국내 R/C의 설비 중 파쇄기, 선별기는 독일 등 외산 설비에 의존하고 있으며 동력소모가 심해 기술개발을 통한 설비 국산화 및 고효율 파쇄/선별 공정개발이 무엇보다 중요
◦ 특히, 2014년부터 폐소형가전 17개 품목이 재활용 대상으로 확대 지정되어 이의 재활용 기술이 시급한 실정
◦ 환경보호 측면 외에도 폐가전제품 재활용을 통해 유용자원의 고부가가치화를 통한 자원확보와 재활용 중소업체의 상생을 위해서도 당 연구개발이 반드시 필요
연구개발결과
◦ 현재 운영 중인 한국전자제품자원순환공제조합의 국내 Recycling Center들을 방문 조사하였고 시료를 채취하여 조사함으로써 현 시설의 파쇄 특성과 선별 효율, 그리고 문제점을 검토하였음. ㈜엠알씨의 각 구간별 파쇄물을 채취하여 입도구간별 분포를 분석한 결과, 1차 파쇄물은 32cm 이상이 가장 많았고 최종 4차 파쇄에서는 4cm 미만이 97%를 나타내었음.
◦ 최종산물의 입도별 재질 비율을 분석할 결과, 분리 효율은 약 90% 정도였고, 철과 비철금속 모두 입도가 클수록 더 분리가 잘 일어났음. 따라서 기존의 4단계 파쇄공정에서 4차 파쇄는 우레탄 흡입율을 증대시키기 위한 목적으로 추정되며 금속류와 플라스틱류의 선별에는 불필요한 것으로 판단됨.
◦ 플라스틱과 구리, 알루미늄 등 비철을 분리하기 위하여 와전류 선별기술을 개발하여 본 연구의 선별공정에 국내 최초로 적용하였음. 와전류 선별실험결과, 플라스틱과 비철(구리, 알루미늄)이 약 95 % 정도 우수하게 선별되는 결과를 얻었음.
◦ 선진 광학선별공정을 개발·확립하기 위하여 근적외선 선별기술과 색상 선별기술을 각각 개발하였음.
- 근적외선 선별기술은 Lab. scale 실험에서나 Pilot scale 실험에서 모두 95% 이상의 선별율을 나타내었음. 특히, 구리와 알루미늄이 플라스틱 선별 시 플라스틱 쪽으로 혼합되는 것이 전혀 없어 재질별로 분리된 플라스틱의 후처리 공정이 단순화 될 수 있어 부가가치가 더욱 상승할 것으로 판단됨.
- 색상 선별기술은 Lab. scale 실험에서나 Pilot scale 실험에서 모두 93~94%이상의 선별율을 나타내었음. 이 경우 구리와 알루미늄쪽에 약 3%의 플라스틱이 선별되지 않고 섞이지만, 이는 구리와 알루미늄을 각각 제련하는 후처리 공정에 있어 아무런 문제가 되지 않음.
◦ 개발된 선진 광학선별기술들을 3톤/일 용량의 Pilot scale로 확대 설계·제작하고 그에 맞는 실증화 공정을 확립하여 2013년 11월 19일 연구성과발표회를 개최하였음. 이를 통해 그동안 개발된 선진 광학선별기술들을 약 200여 명의 전문가들이 모인 곳에서 시연하였으며, MBS, KBS, YTN 등과 환경일보 등 언론에 보도되어 당 연구사업의 우수한 결과와 유용자원사업단의 연구지원 활동을 홍보하는 성과를 도출하였음.
◦ 대형 폐가전과 달리 그간 어떠한 재활용 연구와 체계가 없었던 폐소형가전을 대상으로 효율적 재활용을 위한 실증화 기술을 개발하였음.
- 케이스 브레이커의 도입과 파쇄물의 단체분리특성을 조사함으로써 맞춤식 해체/파쇄 공정을 확립하였고, 와전류 선별기술을 현장에 적용하여 플라스틱류과 비철금속류를 95% 이상 재질별로 선별하는 기술을 개발.
- 폐소형가전의 유용자원 회수율 향상을 위한 실증화 일관 공정기술을 도출하고, 도출된 공정기술을 적용하여 15톤/일 처리용량의 plant를 설계, 제작 및 시운전을 성공적으로 완료함.
- 폐소형가전에서 발생하는 고무의 특성파악 및 재활용 방안을 확립하였으며, 구축된 재활용 일관공정에 대해 지구온난화, 생태독성, 오존층파괴 등의 환경영향 평가를 수행하여 친환경적 공정임을 나타냄.
성능사양 및 기술개발 수준
(1) 폐냉장고의 선진 선별시스템
◦ NIR 선별기를 이용한 플라스틱 재질별 선별
- 한국전자산업환경협회 소속 (주)엠알씨 용인 현장에서 발생되는 3차 파쇄물을 대상으로 하여 플라스틱 재질별 선별 실험을 수행하였음. 투입시료는 ABS 7.0 kg, HIPS 4.0 kg, PP 3.0 kg, Cu 3.0 kg, Al 3.0 kg 이었음.
- 본 연구에서 개발한 NIR 선별기를 통해 선별을 수행한 후 각각의 시료를 조사한 결과, ABS 6.6 kg, HIPS 3.8 kg, PP 2.9 kg, Cu+Al 6.0 kg 이었음.이는 ABS, HIPS, PP에 대한 회수율이 각각 95%, 95%, 97% 이었으며, 순도는 모든 플라스틱에 대해 99% 이상이었음. 이는 선진국과 동일한 기술 수준임
- 무엇보다도, 구리와 알루미늄이 플라스틱 선별 시 플라스틱 쪽으로 혼합되는 것이 전혀 없음을 알 수 있어 재질별로 분리된 플라스틱의 후처리 공정이 단순화 될 수 있어 부가가치가 더욱 상승할 것으로 판단됨.
◦ Color 선별기를 이용한 비철금속 재질별 선별
- 한국전자산업환경협회 소속 (주)엠알씨 용인 현장에서 발생되는 3차 파쇄물을 대상으로 하여 비철금속 재질별 선별 실험을 수행하였음.
- 본 연구에서 개발한 Color 선별기를 통해 선별을 수행한 후 각각의 시료를 조사한 결과, 구리쪽 바구니에 Cu 2.827 kg, Al 0.206 kg, 알루미늄쪽 바구니에 Al 2.794 kg, Cu 0.173 kg 이었음. Cu와 Al에 대한 회수율과 순도가 각각 94%, 94% 이상이었음. 이는 선진국과 동일한 기술수준임
- 무엇보다도, 구리와 알루미늄쪽에 약 3%의 플라스틱이 선별되지 않고 섞이지만, 이는 구리와 알루미늄을 각각 제련하는 후처리 공정에 있어 아무런 문제가 되지 않음.
(2) 폐소형가전의 해체/파쇄/선별 일관시스템
◦ 참여기업인 ㈜세종메이저 예산공장 현장에서 처리되는 5종의 폐소형가전(선풍기, 밥솥, 청소기, 비데, 믹서기)을 대상으로 하여 재활용 일관공정 실험을 수행하였음. 투입시료는 선풍기 674 kg, 밥솥 1,920 kg, 청소기 1,155kg, 비데 854 kg, 믹서기 399 kg 이었음.
◦ 본 연구에서 개발한 케이스 브레이커, 자력선별기, 와전류 선별기, 비철금속 파쇄기, 입도 선별기를 통해 해체/파쇄/선별을 수행한 후 각각의 시료를 조사한 결과, PP, ABS, PS 등의 플라스틱류과 구리, 알루미늄 등의 비철금속류를 각각 95% 이상 재질별로 선별하는 기술을 개발하였음. 이는 선진국과 동일하거나 더 우수한 기술수준임
◦ 개발 공정에 대하여 15톤/일 처리용량의 폐소형가전 재활용 plant를 설계,제작 및 시운전을 성공적으로 완료함.
◦ 폐소형가전에서 발생하는 고무의 특성파악 및 재활용 방안을 확립을 통하여 시중에 판매중인 고무와 유사한 물성을 나타내는 재생고무 제조기술인 고무 컴파운딩 제조기술과 고무+플라스틱 복합소재 제조기술을 개발하였음. 이는 선진국과 동일한 기술수준임
활용계획
◦ 국내 폐냉장고 재활용 공정을 수행 중인 관련 재활용 기업들에게 기술이전을 통한 사업화 확장에 활용할 계획임.
◦ 파쇄물의 특성을 분석한 자료는 향후 새로운 선별 장치를 개발하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 신형 고성능 파쇄기를 도입함에 있어 분리공정에 따른 최적의 운전조건을 제시함으로써 분리효율 및 회수율 향상을 위한 지침서로 활용될 수 있을 것으로 기대됨. 또한 본 연구의 평가방법 및 결과는 차후 폐소형가전의 효율적 재활용을 위한 파쇄선별일관공정기술 개발 연구에 참고자료로 활용될 계획임.
◦ 폐가전 처리효율을 높여 폐가전제품의 재활용률을 높임으로써 폐가전제품 매립 시 유가금속이 유발하는 환경적 오염을 절감할 수 있으며, 이러한 금속자원을 도시광산을 통해 충당함으로써 그에 해당하는 온실가스 감축 효과를 기대할 수 있음.
◦ 친환경 파쇄 선별 재활용 시스템 구축으로 인한 소음 저감·분진 감소 등 작업 환경 개선에 활용될 수 있음.
◦ 국내 대형 폐가전제품 재활용 산업의 고효율 국산화 설비 개발을 통한 에너지 절감 및 생산성 향상에 활용될 수 있음.
◦ 파쇄공정 개선을 통해 분리효율을 개선할 경우 약간의 효율성 증가만으로도 큰 산업적 이익을 기대할 수 있으므로, 파쇄공정을 최적화함으로써 보유가치 46조 4,000억원에 달하는 폐금속 재활용율을 제고함으로서 경제적, 산업적 상승효과에 기여할 수 있음.
◦ 국내 재활용 업체에서 사용하는 파쇄 선별 자동화 설비를 국산화함으로써 수입을 대체하고 개발된 plant 설비의 해외 역수출에 활용이 가능함.
◦ 고효율 재활용 공정 및 설비 개발을 통한 재활용 처리 단가를 낮춤으로 인해 국내 중소 재활용 업체의 고부가가치 수익률 증대에 활용할 수 있음.
◦ 폐가전제품 파쇄공정 최적화를 통해 도시광산업의 경제성을 확보함으로서 관련 산업의 활성화를 기대할 수 있음
( 출처 : 요약서 3p )
Abstract
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Ⅳ. Results
◦ The present study was conducted to develop optimal shredding process for enhancing valuable metal recovery in shredding EOL household electric appliances. The characteristics of shredding process and liberation efficiencies of EOL products in a Metropolitan Recycling Center(MRC) curr
Ⅳ. Results
◦ The present study was conducted to develop optimal shredding process for enhancing valuable metal recovery in shredding EOL household electric appliances. The characteristics of shredding process and liberation efficiencies of EOL products in a Metropolitan Recycling Center(MRC) currently operating in Korea were investigated. The particle size distribution of shredded EOL products showed that most of the 1stshredded EOL product was over 32 cm, and the particle size decreased with the number of shredding process, then in the final 4th shredding process 97% of shredded EOL products was below 4 cm.
◦ Most of the 1st shredded products were mixtures with iron and urethane, but from the 2nd shredded product only 1% of mixture was found. These results indicated that the shredded products were liberated from the 2nd shredding process. The 3rd and 4th shredded products showed similar particle size distribution and shredding characteristics, except for the size of plastics. Almost all of iron was recovered by magnetic separation before/after the 3rd shredding process.
◦ The final separating efficiency was about 90%. We also found that higher sized iron and non-ferrous metals was separated much more than the smaller sized metals. The 4th shredding process in the conventional 4-stage shredding process might be only to enhance suction efficiency of urethane, therefore, this process was decided as unnecessary stage by considering that newly introduced separating facilities can easily separate higher sized products.
◦ In Japan, a high performance 1-stage shredder is only used to shred every product, the most typical one is High-speed vertical shredder.Model KE-600 of Kubota Environmental Service, which is a shredder for EOL refrigerator, has come into wide use in Japan and also introduced in Korea by agencies.
◦ By using the high-speed vertical shredder, almost 100% of liberation was achieved for EOL refrigerator. This result indicated that the shredder can substitute the conventional 4-stage process used in MRC. In addition,since this shredder crushed plastic less and urethane more, the shredder is suitable for a newly introduced separating process. The electric power consumption extensively decreased and processing capacity was enough in the new shredding process.
◦ A chain shredder in Germany also has enough shredding capacity, economic electric power consumption, and processing capacity, similar with the vertical shredder. However, the company policy does not allow to sell the shredder only, so the detailed information could not be obtained. In the case of a new-model shredder in USA, shearing mechanism in a shredder was enhanced and the shredding performance owas not significantly different with the conventional shredder, and also additional shredding processes are needed, therefore, the shredder is uncompetitive comparing with the high speed vertical shredder or the chain shredder.
◦ Optimal operating condition of KE series high speed vertical shredder to enhance separation efficiency was determined. To apply this shredder into the conventional MRC separating process, the optimal choke ring gap was 2 cm. When the shredder is used in the separating process for small particle size, the optimal choke ring gap was 3 cm, and for lager partile size, the optimal gap was 5 cm. This gap value also has an advantage to decrease shredding time.
◦ A eddy current separating technology was developed to separate non-ferrous metals and plastics, and applied in the separating process used in our research. After separation of the 3rd shredded products into two types, +2 ~ -16 mm and +16 mm, the separated products were separated using a eddy current separator according to magnetic force, conveyor speed, divider and angle. Plastics and non-ferrous metals(i.e.m copper and aluminum) were separated above 95%. It is expected to show higher separating efficiency if the shape of non-ferrous metals would be treated into flat.
◦ Advanced optical separating process was developed and established based on near-infrared ray (NIR) and color sorting technology.
- NIR sorting can separate plastics in the 3rd shredded products into three types of plastic (i. e., ABS, HIPS, PP) and raise value added. Over 95% of separating efficiency was showed in both of Lab. and Pilot scale. Especially, non-ferrous metals such as copper and aluminum were not mixed with the plastic fraction. These results can make the post-treatment process of plastics simple and raise value added.
- Color sorting can separate non-ferrous metals into copper and aluminum in the 3rd shredded products and raise value added. About 93 - 94% of separating efficiency was showed in both of Lab. and Pilot scale. About 3% of plastics were mixed with non-ferrous metal fraction, however, plastic impurities do not influence the post-treatment process of non-ferrous metals.
◦ The research achievements were presented at November 19th, 2013, to demonstrate optical separating process in pilot scale (3 t/day). The optical separating technologies developed in this research project showed to about 200 experts. The presentation were reported in MBC,KBS, YTN, and the Hwankyeong Ilbo, therefore, the excellent research achievement of this research project and supporting activities of Global Top R&D center for valuable recycling were promoted.
◦ Effective recycling technology of EOL small household electric appliances,which did not have any system or technology for recycling, was developed in the present study.
- Customized dismantling /shredding process was established based on the liberation characteristics of the shredded EOL products and introduction of a case breaker. Separating process for plastics and non-ferrous metals up to 95% was also developed by applying eddy-current separating technology.
- Recycling process of waste rubber from EOL products was established and the environmental impact assessment such as global warming, eco-toxicity, and ozone layer destruction, on the recycling process was performed to prove that the recycling process developed in the present study is environmental-friendly.
◦ Plastics such as PP, ABS, PS and non-ferrous metals such as copper and aluminum were separated up to 95% of yield by using the case breaker, magnetic separator, eddy current separator, non-ferrous metal crusher, particle size separator developed in the present study.
◦ Pilot plant (15 t/day) was designed, operated, and test-worked by developing a consistent process to enhance yield and grade of valuable resources from EOL small household appliances.
◦ Rubber compounding technology to produce reclaimed rubber and rubber/plastic composite producing technology was developed based on characterization of waste rubber from EOL products.
( 출처 : SUMMARY 18p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 서 ... 3
- 요 약 문 ... 9
- SUMMARY ... 16
- 목차 ... 24
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 25
- 1-1. 연구개발 목적 ... 25
- 1-2. 연구개발의 필요성 ... 26
- 1-3. 연구개발 범위 ... 30
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 32
- 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 32
- 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 35
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 41
- 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 41
- 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 42
- 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 195
- 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 199
- 4-1. 목표달성도 ... 199
- 4-2. 관련분야 기여도 ... 200
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 201
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 203
- 6-1. 주요 선별기 ... 203
- 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 215
- 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 216
- 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 217
- 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 218
- 부 록 ... 219
- 끝페이지 ... 325
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