6.1.3 슬래그 용광로에서철광석을이용하여철을만드는과정중철광석에포함되어있는규소, 알루미늄, 칼슘등이환원되지않고산화물형태로용융된산화물 - 금속및비철금속의정련시에도발생 - 도시쓰레기및하수슬러지소각할때발생하는소각재가고온에서용융, 냉각하여고화한것 철강슬래그 - 철광석, 석탄, 석회석등천연자원으로부터철강제품을제조하고남은부산물 - 불순물이혼입되지않고일반골재와유사한성분 (Ca, Si, Al 등 ) 을가지며, 고온에서생성되기때문에유기물, 환경호르몬, 다이옥신등유해물질을포함하지않음 - 고로슬래그와제강슬래그로구분 - 고로슬래그 : 제철시고로 ( 용광로 ) 에서철광석으로부터선철을만들때부산물로발생하는광재, 시멘트 ( 고로시멘트 ), 특수비료등용도로사용 - 제강슬래그 : 선철을전로에서정련해서강을만들때부산물로발생, 거의전량이성토용또는도로용골재등단순매립재로사용 2009 년포항제철소, 광양제철소발생부산물의총량인 1,861 만톤중 76% 가슬래그 - 고로슬래그 : 발생량의 2/3 가시멘트용, 1/5 이도로용, 파쇄골재용, 비료용등 - 제강슬래그 : 도로및토목용으로약 73%, 제철원료로약 25%, 비료용약 1%
가. 슬래그시멘트 포틀랜드시멘트의반제품인클링커와고로슬래그및석고를조합, 분쇄하여일정비율로혼합한것 - KS L 5210 : 고로슬래그혼합량을중량기준 24~65% 로규정 슬래그시멘트등급은압축강도를기준으로특급과 1 급으로구분 장점 - 보통포틀랜드시멘트에비해초기강도는낮으나고로슬래그의잠재수경성에기인하여장기강도가높음 - 불용성의안정한수화물로우수한화학저항성, 분말도가높아콘크리트의공극을치밀하게충진하는미립효과로방수성능우수 - 염해에대해서도우수한저항성 나. 도로공사에서슬래그활용 전로슬래그는전형적인도로건축자재에비해높은견고성, 풍화에높은저항을가지므로도로공사, 아스팔트성분으로서활용가능
표 6.2 제강 ( 전로 ) 슬래그의기술적속성 골재형태 특징 제강 ( 전로 ) 슬래그현무암화강암 겉보기밀도 (g/cm 3 ) 3.1~3.7 2.8~3.1 2.6~2.8 충격에대한저항 (wt. %) 10~26 9~20 12~27 풍화에대한저항 (wt. %) 0.2~1.0 < 0.5 0.3~1.2 5mm 보다작은입자의동결 / 해동에대한저항 (wt. %) < 1.0 < 1.0 0.8~2.0 압축강도 (N/mm 2 ) > 100 > 250 > 120
그림 6.12 고속도로건설에서슬래그활용의전체공정
다. 비료에서슬래그사용 인을함유하고있는선철로강철을만들때발생되는슬래그를이용하여비료의보충제로서사용 염기성슬래그 : 2~4% 망간, 25~80ppm 아연, 13~60ppm 구리, 2~5ppm 코발트등야채성장에유익한금속성분포함 슬래그함유황성분 : 비료에필요한영양소로보리곡물등에단백질함유량증가 슬래그함유실리콘성분 : 식물의성장과건강에영향을미침 6.1.4 비산재 소각비율의상승으로소각잔재물의발생량또한증가하며, 그중비산재의양은전체폐기물부피의 10% 정도임 비산재중카드뮴, 크롬, 구리, 니켈, 납등중금속이고농도로함유되어있어 2 차오염의문제점발생
가. 비산재로부터금속회수 비산재를실리카와알루미늄, 철, 칼슘으로구성되는슬래그로변환시키거나소각로에서고온으로용해 용융공정에서대부분중금속은휘발성금속염화물로기화되고소각로로부터재형성 이렇게형성된재를 2 차비산재라부르며, 아연과납함량이높아제련소공급소재로이용가능 (1) 바나듐과니켈 중유사용전력산업에서생성된비산재 : 약 3% 오산화바나듐 (V 2 O 5 ), 1% 산화니켈 (NiO) 포함 - 바나듐, 니켈회수 금속산화물환원을위해비산재를 800 에서 3 분동안가열후, 2000 초과하는플라즈마생성하는아크플래시반응조통과 (2) 2 차비산재로부터금속회수 수산화나트륨을이용하여 2 차비산재로부터금속회수 - 10% 염산에의해 94% 아연, 77% 납회수 - 20% 아세트산에의해 97% 아연, 98% 납회수 - 3N 수산화나트륨에의한알칼리추출공정에서 69.6% 아연, 98% 납회수 산추출공정 : 알칼리추출에비해효과적이지만 Mg, Al, Fe 등불순물함께용해하는단점이있음 알칼리추출공정 : 납과아연만을용해
(3) 유사 (oil sands) 비산재로부터금속회수 유사 (oil sands) 에 10% 이상함유되어있는역청 (bitumen) 을분리 정제하는과정에서발생된비산재 : 지르코늄, 바나듐, 몰리브덴등금속포함 Holloway, Etsell(2004) - 탈탄 (decarbonation), 탈규산 (desilication) 단계를거쳐바나듐을 NH 4 VO 3 형태로침전시키고, 이를하소하여재생함 - 30~40% 바나듐추출가능, 황화암모늄을추가하여몰리브덴을황화물로침전시켜몰리브덴회수가능 (4) 도시고형폐기물에서발생한비산재로부터금속회수 비산재에납, 카드뮴등중금속과다이옥신계화합물 (PCDDs) 제거필요 일본산업에의해개발된비산재재생공정 - 중금속은휘발, PCDDs 는고온에서태워서분해 - 재는무해한펠렛형태로만들어지고중금속류는제련소로재순환
그림 6.16 비산재처리공정의흐름
나. 비산재재활용기술 (1) 콘크리트생산 석탄연소로에서배출되는입자가작은비산재는시멘트에혼합하고, 입자가큰것은조골재로이용하여시멘트의 40%, 조골재의 10% 를석탄재로치환가능 고로슬래그 45%, 비산재 1% 를보통포틀랜드시멘트에혼합하여제조한비산재시멘트는보통포틀랜드시멘트보다 CO2 배출량이적어재활용시멘트로친환경적이며, 포틀랜드시멘트보다물요구량이적어동절기시공시유리 (2) 제올라이트생산 제올라이트 : 실리콘과알루미늄으로이루어진다공성결정으로알칼리및알칼리토금속의규산알루미늄수화물총칭 - 촉매, 액체와가스흡착, 이온교환등의기능이있어폐수처리, 방사성폐기물관리, 원유가공, 가스정제등에많이사용 - 천연제올라이트는공업용으로적합하지않아합성제올라이트사용 - 비산재의주성분은제올라이트제조의주원료와흡사하므로제올라이트합성에사용 - 비산재이용제올라이트합성 : 융합법 수열법
6.1.5 폐전자스크랩 가. 전자스크랩구성성분 귀금속 Au, Ag, Pd, Rh 을비롯한백금족금속 -Au 회수 : 고가이며많이사용되었으므로주목받음 Cu, Al, Ni, Fe 등일반금속도다량사용되므로유가금속회수대상이됨 일반적전자스크랩 (PCB 스크랩 ) - 다양한금속과합금, 무기물, 유기물의복합적성분 - 약 49% 유리, 세라믹, 산화물, 19% 플라스틱물질, 4% 브롬, 28% 금속등으로구성
나. 폐전자스크랩으로부터유가금속회수 전처리기술, 건식제련기술, 습식제련기술 폐전자스크랩재활용공정 - 스크랩의전처리공정, 농축공정, 정련공정으로구분 - 전처리공정 : 폐전자스크랩은해체, 절단, 분쇄공정을거쳐분류 - 농축공정 : 분류된폐전자스크랩분쇄물의선별, 농축 - 정련공정 : 금속농축물정제, 회수됨 건식제련법에의한폐전자스크랩의처리 - 폐전자스크랩을적절한용재, 포집금속과함께용융한후유가금속이함유된합금상또는매트상과슬래그상으로분리한후분리된합금상또는 2 차분리정제공정을거쳐유가금속을얻음 습식제련 - 전처리공정을거쳐선발된유가금속성분들을산이나알칼리로침출하고이어용매추출, 화학침전, 이온교환법, 여과및증류등기술을이용하여목적금속을분리, 농축 - Cu 용광로와습식공정연계시귀금속회수율높음
6.1.6 디스플레이전자제품 가. LCD 재활용처리현황 생산공정중 LCD 불량품 : 유리기판을약품세정하여유리로재활용 폐 LCD 유리등의유리질계통의폐기물은높은재활용가능성을지니고있지만, 유리의원료물질자체가싸서부가가치가낮고재활용을위한전처리비용이높아효과적인재활용이이루어지지않고있음 국내 LCD 제품 : 수작업에의한재활용 - 플라스틱, 금속류, PCBs, LCD 등각부품별분해 - 플라스틱, 금속류등재활용가능부품재활용 - LCD, 기타폐기물은위탁처리 그림 6.17 LCD 제품의재활용처리현황
LCD 재활용의기술적난제 - LCD 모니터의제작사, 모델별구성부품의재질과성분이상이 - 물리적해체시많은수작업공정필요 - 액정부분의기계적분리어려움 LCD 패널, 백라이트유닛등소각처리 - 전략적희소금속과희토류원소소실 - 향후 LCD 함유희소금속의회수가가능한선택적분리최적기술개발필요 일본 LCD 재활용 - 액정유리분쇄후물리적, 화학적과정을거쳐파쇄유리형태의일반유리로재생 - LCD 폐기물을타일또는건축자재대체품으로재활용 Sharp - 2001 년플라스틱케이스는펠릿으로재활용, PCB 고가금속회수, 유리섬유는시멘트재료로활용 (LCD 무게의 80% 재활용 ) - 2005 년액정패널에형성되어있는투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide) 에서인듐재활용 ( 액정패널을분쇄한후산에용해해서인듐분리 ) LCD 및 PDP 제품의희소금속전체회수시스템은완전히개발되지않음
유럽 - 전자재료매립이법적으로금지되어재활용연구활발 독일 - LCD 유리를용융주물사대체품으로사용 - 액정추출후소각, 유리는재활용 영국 - 액정혼합물회수하여다른액정디스플레이에재활용하거나혼합물을분리하는기술개발 나. LCD 유리회수 국내 LCD 유리재활용기초연구가간헐적으로진행 LCD 패널구조상 ( 그림 6.18) 전극물질, 유리등유효자원을효율적으로회수하기위해서는전처리공정필수 전처리공정 : 수작업으로 LCD 패널분리, 해체, 일차편광판분리, 패널컬릿화 전처리후합착된유리기판사이에존재하는전극물질에대해산침출을통한분리, 회수
그림 6.18 LCD 패널의구조
다. 형광체및플라스틱회수 LCD 제품의형광체에이트륨, 유로퓸, 테르븀등희소금속다량함유 국내의경우기술부재및경제성부족으로인해현재전량소각처리 형광체재활용시에도형광체회수효율및제품품질저하로제한적 표 6.4 폐기물에너지화종류 구분처리결과 가연성폐기물 ( 종이, 비닐, 플라스틱, 폐목재등 ) 유기성폐기물 ( 음식물쓰레기, 하수슬러지, 가축분뇨등 ) 파쇄, 분리, 건조, 성형등 사료화, 퇴비화, 해양투기, 미생물처리등 고형연료 (RDF) 생산 바이오가스, 고형연료생산 소각여열일부회수열, 전기생산 매립가스소각처리정제열, 전기생산, 자동차연료 산업폐가스일부회수열, 전기생산