연구목표

○ 동합금 스크랩 제련 드로스 및 분진 폐기물의 선별 전처리 및 농축기술 개발 (순도 80%) - 드로스 및 분진 폐기물의 연속식 건식 파쇄/선별기술개발 - 드로스의 비금속 및 산화 불순물 제거 기술개발 ○ 동합금 드로스 및 분진 농축물의 건식 용융/제련 기술개발 (회수율 90% 이상) - 용융/제련을 위한 feed stock 제조기술개발 - 드로스의 환원 및 친환경 pilot 건식제련기술개발 (2ton/day 이상급) - 고품위 동(Cu)합금 반제품 제조기술개발 (순도 98% 이상) ○ 공정 2차 부산물의 응용기술개발 (재자원화율 70% 이상) - 대상제품 및 공정기술 선정 (후보 기술 2개 이상) - 고효율 처리공정기술 개발 및 최적화 - 응용분야에 대한 시제품 제작 및 경제성 평가 ○ 부산물 내의 Ni, Cr, Sn, Si, Bi 등 희소금속 재자원화 기술개발 (2종 이상) - 동합금 드로스 및 분진으로부터 희소금속 회수 대상 선정 및 회수기술개발 - 합금원소에 대한 희소금속의 재자원화 기술개발 (회수율 80% 이상)

연구범위

- 동합금 스크랩 제련 드로스 폐기물의 전처리 및 농축기술개발(동순도 80%) (서원) ㆍ드로스 및 분진의 발생원, 회수, 처리실태 파악 및 시스템분석 ㆍ드로스 및 분진의 성분, 함량, 특성에 따른 분류 및 가치분석 ㆍ드로스를 파쇄 및 분쇄기술을 활용한 산화물 선별 기술개발 - 동합금 드로스 폐기물에 대한 드로스 정련기술의 개발(0.2ton/day) ㆍ드로스 중 선별 구분된 금속산화물 및 조대분진의 정련기술개발 ㆍ용융물의 산화방지 기술 및 원료 투입 공법개발 ㆍ정련과정에서 발생되는 슬래그의 효율적 제거 공법개발 ㆍ각종 정련기술 분석 및 슬래그 정련 시스템 설계(0.2ton/day) - 동합금 스크랩 제련 분진 폐기물의 분석 및 공정의 분류(고기원) ㆍ동합금 제련 미세 분진 폐기물의 정밀분석 (입도에 따른 유체 이동) ㆍ미세 분진 폐기물의 성상에 따른 표준화 ㆍ분진 폐기물의 제련 공정을 위한 공정분석 및 세부 공정 선정 ㆍ분진 폐기물의 성상에 따른 공정의 적합성 판단 및 선정 - 동합금 스크랩 제련 분진 폐기물의 직접환원 공정기술 개발(0.16ton/day) ㆍ드로스 중 농축된 미세분진 폐기물의 제련 기술개발 ㆍ직접환원 제련 공정 운전 인자 도출 ㆍ용융물의 산화방지 기술 및 원료 투입 시스템의 개발 ㆍ제련 분진 폐기물 내 금속회수율 향상 기술 확립 ㆍ미세 분진 폐기물의 건식 제련 공정 시스템 설계(0.16ton/day) ㆍ직접환원 제련 공정의 전산해석 - 동합금 드로스 및 금속 재료 선정에 따른 물성 평가(생기원) ㆍ교반 용융로 디자인 설계를 위한 재료의 기초 분석 및 성분 분석 (VM, FC, Moisture, Ash 및 금속/산화물 함량 등) ㆍ열용량, 잠열 분석 및 용융 온도 분석 - 드로스/금속 교반 용융로 열원 장치 설계 ㆍ용융 기초 필요 열량을 바탕으로 한 원료 (수소, LPG, LNG 등) 및 산화제 (air, 산소 등) 유량 선정 ㆍLance 열물질 수지 해석 및 구조 설계 ㆍ가스 주입 Lance 노즐의 swirl 각도에 따른 화염형상 제어 및 설계기술 개발 ㆍ교반 용융로 내부 발열에 의한 Lance의 냉각수 유량 및 열손실 해석 - 0.2 ton/day 교반 용융로 공정 설계 ㆍ0.2 ton/day 급 교반 용융로 열물질 수지 해석 - 슬래그 정련기술을 이용한 비철제련 부산물의 제련 메커니즘 규명 (충남대) ㆍ용융제련 생성물 및 Lance의 물리 화학적 특성 DB구축 ㆍHSC chemistry 또는 Factsage를 이용한 연료 및 드로스, Lance재료와의 반응 열역학적 데이터 분석 ㆍComsol code를 이용한 드로스 정련기술(TSL) 공정시 부유물질과 반응물의 화학적 거동 및 유동 공정해석 - 동합금 드로스 구성 성분 및 결정 구조 정밀 분석(교통대) ㆍICP-Mass 분석을 통한 동합금 드로스 생성물의 구성 원소 정밀분석 ㆍXRD 회절 분석을 통한 드로스 구성 물질의 결정 구조 정밀 분석 ㆍ부산물의 분석에 따른 회수대상의 선정 및 회수기술 수배 - 동합금 드로스 내의 희유금속 최적 회수 방법 분석 ㆍ원소 정밀 분석 결과를 바탕으로 회수 가능 희유금속 물질 결정 ㆍ희유금속에 따른 최적 회수 방법 검토 및 결정 ㆍ부산물의 전처리 기술의 확립

기대효과

[기술적 측면] ○ 독창적인 기술력 확보 ？ 난용해성 드로스 및 분진 폐기물 기술 - 드로스를 용융시키기 위해 용융시설인 용선로(큐폴라)에서 코그스를 열원으로 하여 용융하여 금속괴를 제조하게 되는데 이때 드로스에 포함된 금속의 회수율이 낮아 경쟁력 떨어져 설비 가능율이 떨어지는 추세이다. 또한 분진을 용융하는 경우 단독처리가 어려워 광석 등과 혼합하여 용융하고 있으며 분진에 포함된 금속 회수율 또한 높지 않아 경쟁력이 떨어져 원료(분진등) 조달에 어려움이 있다. 따라서 동합금 도시광산 제련 부산물인 난용해성 드로스 및 분진 폐기물에 대해 본 기술개발과제를 통하여 효과적인 선별 전처리, 용융/제련을 통한 98% 이상의 순도확보, 2차 부산물의 재자원화 시스템 기술을 확보 할 수 있게 된다. ○ 다른 기술에의 파급 효과 ？ 타 분야 드로스 재활용 기술수요 증가 - 도시광산 원재료 응용분야 확대에 따른 부산물 발생 증가로 공정기술수요가 증가될 뿐만 아니라 타 분야의 비철 도시광산 제련 드로스 재활용 기술로의 파급효과도 예상할 수 있다. 예를 들면, 더 이상의 유가금속의 회수 가치가 없는 동 및 동합 2차 제련 드로스는 매립에 의해 처리되는데, 최근 매립지의 확보 등의 문제로 토목．건축재의 시멘트 주부원료로 재활용 하는 기술이 개발되어 환경부 녹색제품으로 인증된 사례가 있다. 특히 시멘트를 구성하는 주요 화학성분은 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 등으로, 석회석, 점토질 원료, 규석질 원료, 철광석 등 3∼4가지 이상의 광물을 혼합하여 원료로 이용하며, 소량 및 미량성분으로 MgO, SO3, Na2O, K2O, Cl 등의 성분들이 포함되어 있다. 원료 조합 시 원료의 화학성분비 및 배합 비에 일정폭의 탄력성을 가지고 있어 이들 원소들이 포함되어 있는 산업폐기물의 이용이 가능하며, 또한 이들 원료 조합물 을1,450℃ 이상의 고온에서 소성하여 제조하므로 2차 오염원이 발생하지 않는 특징을 가지고 있다. 또한 시멘트 산업의 경 우대량생산체제이므로 타 산업에서 대규모로 발생하는 산업 폐기물의 대량 처리가 가능하다. ○ 에너지 절약과 환경 개선 효과 - 폐기물에 대해 유가자원 회수를 통해 CO2 및 SOx 감축이 가능하다. 또한 기존에 매립 또는 해외 유출에 의해 처리되던 드로스를 재활용하므로 천연 추출 가공보다 총에너지 소모량 20% 이상의 에너지 절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 폐기물 저감을 통한 환경 개선에 기여를 할 수 있으며, 주로 해외 수입에 의존하는 자원에너지를 자체 확보함으로써 에너지 절약 이 가능하다. ○ 산업적 효과 - 국내 도시광산 제련 부산물의 재활용에 대한 독창적인 기술력 확보는 기존의 해외 기술의존도를 탈피하여 도시광산 재자원화 산업의 경쟁력 확보 및 신시장 창출에 기여할 수 있다. ○ 경제적 효과 - 1, 2차 부산물의 고효율 재자원화 기술개발을 통해 기존의 매립, 해외유출 등의 자원 손실을 최소화할 수 있다. 따라서 폐기물 처리비용이 줄어들게 되며, 안정적인 자원확보로 인한 제조비용의 절감효과를 기대할 수 있다. - 함유금속 중 Cu 20%~40%, Zn 40%, 기타 희소금속 등이 포함되어 있으며, 드로스 발생량은 년간 120,000ton 발생하며 4,800억원의 가치가 있고, 분진으로 발생하는 폐기물은 년간 40,000ton 으로 640억원의 가치가 있어, 재활용 시 총 5,440 억원/년 이상의 수입대체효과에 기여할 수 있다.

자료실