Resources Recycling ISSN:2765-3439(Print) 2765-3447(Online) 자원리싸이클링

세계 시멘트 산업의 온실가스 배출량은 매년 증가하고 있으며, 이중 시멘트 클링커 주원료로 사용되는 석회석으로부터 60~65 %가 배출되고 있다. 이를 해결하기 위해 비탄산 CaO 함유 슬래그를 사용하여 석회석을 대체하는 방안이 검토되고 있다. 본 연구에서는 CaCO₃ 대체를 위해 2종류의 혼합 슬래그를 사용하였다. 모든 슬래그는 CO₂ 양이 1 %를 상회하지 않아 대부분 비탄산 CaO로 구성되어 있다는 것을 확인할 수 있었으며, KR 슬래그는 Ca(OH)₂가 일부 존재한다고 판단되었다. 혼합 슬래그 사용 혼합원료 배합설계 시 CaCO₃ 대체율은 3~12 %로 제어하였으며, 클링커 모듈러스는 LSF 92.0, SM 2.50, IM 1.60으로 고정하였다. CaCO₃ 12 % 대체 시 혼합 슬래그(P) 사용량은 23.00 % 및 혼합 슬래그(H) 사용량은 20.16 %이었다. CaCO₃ 대체율 증가에 따라 클링커 수율은 증가하였으며, 클링커 광물 생성량은 감소하였으며, F-CaO 함량도 감소하였다. 하지만 alite 및 belite 크기가 조금씩 커졌으며, 특히 CaCO₃ 대체율 9 % 이상에서는 20 μm를 상회하는 수준으로 증가하였다.

본 연구는 전기로 제강 공정에서 주로 사용되는 경소돌로마이트를 폐 MgO-C계 내화물을 활용하여 Flux로서 재활용하고, 이를 통하여 슬래그 내 철을 환원하는 기초연구를 진행하였다. 연구에 사용된 슬래그는 국내 단조기업에서 EAF(Electric Arc Furnace) Slag를 공급받아 조성분석을 진행하였다. 이후 FeO, SiO₂, Al₂O₃를 혼합하여 base slag를 제조하였고 1600℃에서 Flux를 혼합하여 EAF slag를 제조하였다. 경소돌로마이트, 생석회와 폐 MgO-C 내화재를 추가한 슬래그와 경소돌로마이트, 생석회만을 Flux로 투입한 슬래그의 화학조성 및 상을 비교하기 위하여 XRD와 XRF 분석을 실시하였다. 염기도는 폐 MgO-C 내화물을 넣은 EAF slag가 2~3 범위로 적정 범위였으며, 슬래그로부터 환원된 철립은 분석결과 Fe함량 97.74%로 확인되었다. 경소돌로마이트 사용량 중 일부를 폐 MgO-C 내화물로 대체하여 제강 환원제로 재활용함으로서, 내화물 내의 탄소 성분으로 인하여 산화 슬래그로부터 제선용 철 품위(50% 이상)을 회수하는 것이 가능할 것으로 판단된다.

기후변화 대응을 위한 자동차 산업의 탄소중립 노력이 심화되면서, A-LCA(Automotive LCA, 자동차 전과정평가)의 중요성이 더욱 커지고 있다. 기존의 자동차 LCA 연구는 표준화된 방법론 부재로 인해 연구 결과의 객관성 확보에 어려움을 겪었다. 이에 UNECE WP.29에서는 A-LCA 방법론 개발을 추진하고 있으며, 한국은 ‘부품과 차량생산’ 하위그룹을 이끌며 적극적으로 참여하고 있다. 본 연구는 A-LCA 방법론 개발 동향을 분석하고, 특히 하위그룹 간에 이슈가 되고 있는 재활용모델링에 대해 분석하였다. 재활용모델링 분석은 자동차 부품인 트랜스미션을 대상으로 수행하였으며 A-LCA 방법론 내 주요 할당 방식인 Cut-off 모델링과 CFF 모델링을 적용하여 온실가스 배출량을 비교 분석하였다. 신재만을 사용하여 생산된 트랜스미션에서 발생하는 온실가스는 788.2kg CO₂-eq.로 산정되었다. 재활용 재료 사용률을 반영한 Cut-off 모델링에서는 약 8.8% 감소한 718.7kg CO₂-eq.의 배출량이 예측되었으며, CFF 모델링에서는 가장 낮은 293.1kg CO₂-eq.의 배출량을 나타냈다. 본 연구는 A-LCA에서 논의되고 있는 CFF 모델링 및 Cut-off 모델링을 비교분석한 사례로 자동차 관련 정책 입안 시 기초자료로써 참고되며, 이를 이행 해야 할 산업계에도 참고할 수 있는 자료로써 그 활용도를 기대할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 소석회(Ca(OH)₂)의 비표면적과 세공 부피를 증가시켜 배연탈황(FGD) 공정에서의 SO₂ 제거 효율을 향상시키는 고기능성 소석회 제조 공정을 개발하였다. 생석회(CaO)를 1 mm 이하로 분쇄하고 200 mesh 이하로 체질한 후, 생석회 대비 물 비율(W/CaO)은 0.5, 수화수 온도 45 ℃, 에틸렌글리콜 4 %를 첨가하여 건식수화 공정을 적용하였다. 또한, 후처리 단계에서 건조 온도를 350 ℃로 설정하여 최적의 비표면적 39.1 m²/g과 세공 부피 0.177 cm³/g를 달성하였다. 실험 결과, 비표면적이 30 m²/g 이상인 소석회는 24 m²/g인 소석회에 비해 총 중화능력(TNC)이 약 4 % 증가하였으며, 이는 비표면적 증가가 용해도와 반응성을 향상시키는 데 중요한 역할을 함을 입증하였다. 전처리와 후처리 개선을 통해 불순물을 효과적으로 제거하고 균일한 입도 분포와 향상된 세공 구조를 구현함으로써, 소석회의 품질과 반응성을 극대화하였다. 본 연구는 FGD와 같은 산업적 응용 분야에서 소석회의 효율성과 경제적 타당성을 모두 충족시키는 실질적인 공정 경로를 제시하며, 지속 가능한 환경 관리 기술로의 적용 가능성을 시사한다.

본 연구에서는 몽골 홉드 아이막에 위치한 광산의 시료를 대상으로, 텅스텐 정광을 효율적으로 회수하기 위한 선별 공정 개발을 진행하였다. 시료 분석 결과, 텅스텐은 주로 망간중석(MnWO₄)과 회중석(CaWO₄)의 형태로 존재하며, 대부분이 망간중석인 것으로 확인되었다. 시료의 WO₃ 품위는 2.55% 이며, 주요 맥석광물은 석영, 백운모, 조장석 등의 규산염 광물로 구성된 것을 확인하였다. 텅스텐을 포함하고 있는 망간중석과 회중석은 비중이 6-7로 비중이 2.6-3 정도인 맥석광물과 차이가 큰 것을 활용하여, 요동테이블로 비중 선별 실험을 진행하였다. 요동테이블 반면의 기울기, 공급수의 유량, 시료의 입도를 주요 변수로 설정하고 최적 조건을 도출하였다. 그리고 선별 공정 설계를 위하여 Cleaner와 Scavenger 공정을 단계적으로 추가하여 실험을 진행한 결과, WO₃ 품위 62.42%, 회수율 81.14%인 최종 정광을 회수하는 공정을 개발하였다.

패각류는 여러 산업에서 부산물로 활용하고 있으며, 그 중, 굴패각의 경우는 37~70% 차지하고 있다. 일반 포틀랜드 시멘트(OPC)에 대한 지속 가능한 대안으로 환경에 미치는 영향이 낮은 칼슘설포알루미네이트(Calcium sulfoaluminate, 이하 CSA) 시멘트를 합성하는 데 사용하는 방법을 연구한다. 굴패각은 다공성 미세 구조로 인해 석회석보다 낮은 온도에서 분해되어 CO₂ 방출을 촉진한다. 더불어 명반석(alunite, (KAl₃(SO₄)₂(OH)₆)은 2가지 주요 분해 단계를 거치는데, 2중 탈수화(500~580℃)와 탈황(580~780℃) 단계이다. 본 연구에서 CSA 합성 시, 명반석과 굴패각을 사용하여 1,100~1,250℃에서 성공적으로 합성되었으며, 최적의 몰 비율은 1/10이다. 굴패각을 사용한 경우, 800℃에서 ye‘elimite(Ca₄(AlO₂)·6SO₄)가 형성되며, 이는 석회석을 사용할 때의 950℃보다 현저히 낮아 에너지 효율이 향상된다. 클링커는 염화칼슘과 염화나트륨의 휘발로 인해 염화물 함량이 감소했다. 압축 강도 시험 결과, 10% CSA와 혼합된 OPC는 28일 경과 후, 73.55 MPa의 우수한 압축 강도를 보였으며 지속 가능한 시멘트 생산을 위한 실행 가능한 대안이 될 수 있음을 확인했다.

에틸렌글리콜을 첨가제로 사용하여 첨가제와 원료의 혼합방식 및 건조 온도 조건을 변화시켜 소석회(Ca(OH)₂)의 비표면적 향상 실험을 실시하였다. 원료와 첨가제인 에틸렌글리콜을 먼저 건식 방식으로 혼합 후에 물과 반응하는 조건에서 소석회의 비표면적이 크게 향상하는 경향을 나타냈다. 건조 온도 변화 실험에서는 온도가 증가함에 따라 비표면적이 증가하는 특성이 있었으며, 원료와 첨가제를 우선 건식 방식으로 혼합 조건에서 비표면적 증가가 높게 나타났다. 200 mesh 이하로 체질한 생석회를 대상으로 원료와 첨가제를 우선 혼합한 후, 350 ℃, 30 min. 건조한 시료의 조건에서 비표면적이 39.2 m²/g의 소석회를 제조하였다(W/CaO = 0.5, 반응 온도 45 ℃, 에틸렌글리콜 4 wt.%). 최적 실험 조건을 기류식 미분쇄기(Air classifying mill)에 적용한 실험에서는 32.6 m²/g의 비표면적을 갖는 소석회 제조가 가능하였다.