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

본 논문은 아연 함유 산업부산물에서 아연을 회수하기 위한 습식공정에 대하여 최근까지의 연구 동향을 종합적으로 고찰하였다. 특히, 전기로 제강 분진인 EAFD(Electric Arc Furnace Dust) 및 아연 소광 분진(Zinc Smelting Dust, ZSD)에서 아연을 선택적으로 회수하는 다양한 유·무기산을 이용한 침출 방법과 그 효율을 분석하였다. 나아가, 본 연구는 불순물로 존재하는 철 성분에 대한 분리 방법에 대하여 논의하였으며, 최종적으로 다양한 아연 함유 산업부산물의 재활용 기술 발전과 실용화에 기여할 중요한 참고 자료로서 활용되기를 기대한다.

대한민국은 금속광 기반의 천연자원 부존이 제한적인 자원 수입 의존 국가로, 연(Pb)과 아연(Zn) 등 주요 비철금속 원료의 상당 부분을 해외에 의존하고 있다. 이들 금속은 배터리, 도금·합금, 화학 및 첨단 제조 산업의 핵심 소재로서 공급망 안정성이 국가 산업 경쟁력과 직결된다. 이에 따라 국내 제련 공정에서 발생하는 부산물의 재자원화는 원료 확보 안정성과 환경부하 저감을 동시에 달성할 수 있는 현실적 대안으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 아연 정·제련 공정(Roasting–Leaching–Electrowinning, RLE)에서 발생하는 철(Fe) 함유 부산물의 생성 기구, 광물학적 특성 및 화학 조성을 비교·분석하고, 각 상의 재자원화 가능성을 평가하였다. 결과적으로 아연 제련 부산물의 상(phase) 제어는 금속 회수율, 환경 안전성 및 경제성에 중대한 영향을 미치는 핵심 인자로 판단된다. 본 논문은 아연 함유 제련 잔사의 특성 비교 및 재활용 경로 분석을 통해 국내 비철 제련 부산물의 전략적 자원화 방향 설정을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.

시멘트 산업은 대규모 에너지 소비와 온실가스 배출이 수반되는 대표적 에너지 다소비 산업으로, 생산공정 중 발생하는 폐열을 회수하여 유용한 에너지원으로 활용할 수 있다. 폐열을 이용한 발전은 시멘트 공장 전력 수요의 약 20 %를 대체할 수 있으며, 이를 통해 전력비 절감과 온실가스 감축이 가능하다. 국내 시멘트 산업에서는 폐열 회수를 위해 주로 증기랭킨사이클(SRC) 방식을 적용하고 있으나, 폐열의 온도 조건과 운전 특성을 고려할 때 효율 저하, 습증기 발생에 따른 터빈 손상 가능성, 수냉식 응축기 의존성 등의 한계가 존재한다. 이에 비해 유기랭킨사이클(ORC)은 저비점 유기 작동유체를 사용함으로써 저온 및 중온 폐열에서도 효율적인 에너지 회수가 가능하고, 팽창 과정에서 습증기 형성을 억제하여 터빈 신뢰성을 향상시킬 수 있어 SRC의 한계를 보완할 수 있는 대안으로 평가된다. 이에 본 연구에서는 SRC 및 ORC의 기술적 특성 및 적용 가능성을 비교·분석하고, 해외 시멘트 산업에서의 ORC 적용 사례를 조사하였다. 또한 Two-stage ORC, Hybrid ORC, 초임계 ORC 등 ORC 고도화 기술의 특성과 한계를 함께 검토하였으며, 국내 시멘트 산업의 에너지 효율 향상 및 저탄소 전환을 위한 폐열 회수 시스템의 기술 개발 방향을 제시하고자 하였다.

본 연구는 고령사회로의 전환에 따라 의료폐기물 발생량이 지속적으로 증가하는 상황을 배경으로, 위탁 소각 처리와 자가 처리방식이라는 서로 다른 의료폐기물 처리 방법에 따른 온실가스(GHG) 배출량을 비교·분석하기 위해 세 가지 처리 시나리오를 설정하였다. 2024년 기준 서울에서 발생하는 의료폐기물의 약 97%는 타 지역에 위치한 전용 소각시설로 위탁 처리되고 있으며, 이 과정에서 수송 거리는 약 60~300 km에 이른다. 반면, 자가 처리방식은 종합병원에 설치된 멸균·분쇄 장비를 이용하여 의료폐기물을 처리한 후, 잔재물을 생활폐기물 소각시설에서 소각하고 최종적으로 매립하는 구조를 가진다. 베이스라인 시나리오는 의료폐기물의 100%를 위탁소각 처리하는 경우를 가정하였으며, 시나리오 1은 100% 자가 처리를, 시나리오 2는 자가 처리 70%와 저감염성 재활용 가능 플라스틱 폐기물의 재활용 30%를 병행하는 경우를 가정하였다. 본 연구는 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA) 기법을 적용하여 시나리오별 온실가스 배출량을 정량적으로 산정함으로써, 국내 의료폐기물 관리체계 개선을 위한 기초 자료 제공을 목적으로 한다.

본 연구는 중소형 폐전기전자의 파쇄산물로부터 블랙매스로 정할 수 있는 입자 크기를 선정하였으며, 정해진 블랙매스를 대상으로 열처리 유무 조건에서 부유선별 특성을 평가하여 재활용성 가능성을 검토하였다. 중소형 폐전기전자에서 파쇄 및 체분급 과정을 통해 파쇄산물로부터 블랙매스를 선정 및 회수한 뒤, 전처리로서 400℃ 열처리를 수행하였다. SEM/EDS 분석 결과, 열처리 후 유기 바인더 제거로 인해 바인더와 결합되어있던 입자들이 독립적으로 존재하는 것을 확인하였다. 이어 수행한 부유선별 실험에서는 열처리된 블랙매스에서 양극재와 음극재의 분리가 더욱 뚜렷하게 나타나 회수율과 품위가 개선되는 경향을 보였다. 이러한 결과는 중소형 폐전기전자 기원 블랙매스의 재활용성을 높이기 위해 열처리 기반 전처리와 부유선별 공정이 효과적인 방법임을 시사한다. 본 연구는 향후 중소형 폐전기전자의 자원순환 및 이차전지 소재 재활용 기술 개발에 기초 자료를 제공할 것으로 기대된다.

본 연구는 사용후핵연료에서 배출되는 오염수에 포함된 Cs-137 및 Sr-90의 제염을 위한 일라이트의 흡착 특성을 평가하고자 수행되었다. 강원도 영동지역에서 채광된 일라이트를 사용하였으며, Cs-137 및 Sr-90의 표준 방사성 용액과 3차 증류수를 희석하여 특정 농도로 제조하여 실험에 사용하였다. 제조된 방사성 용액에 일라이트를 투입한 후 상향식으로 교반하여 흡착 반응을 유도하였고, 흡착 반응이 완료된 후 원심분리기를 이용하여 고액분리를 하였다. 분리된 액상의 Cs-137 농도는 감마 핵종 분석기, Sr-90 농도는 액체섬광계수기를 이용하여 측정 후 흡착률을 계산하였다. 실험 결과, 10 Bq/mL Cs-137 용액 500 mL에 25-50 μm 일라이트 10 g을 투입하여 10 분 간 반응시킨 결과, Cs-137은 약 93.7 % 흡착되었으며, Sr-90은 약 17.2 % 흡착이 가능한 것을 확인하였다.

시멘트 재료에 존재하는 6가 크롬(Cr(VI))은 알칼리 조건에서의 높은 용해도와 독성을 나타내어 작업자 안전 및 환경 측면에서 심각한 위험 요소로 작용한다. 따라서 수용성 Cr(VI)의 효과적인 제어는 시멘트의 생산 및 사용 과정에서 여전히 중요한 요구사항으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 환원제로 황산철을 사용하여 알칼리성 시멘트 내 Cr(VI)의 환원 거동을 조사하였으며, 특히 투입량에 따른 영향과 환원 효율에 중점을 두었다. 재현성과 신뢰성이 확보된 시험 시스템을 구축하기 위해 보통 포틀랜드 시멘트에 Cr(VI)을 인위적으로 첨가하였다. 이후 다양한 투입량의 황산철을 적용하고, 디페닐카바자이드법을 이용한 자외선–가시광선 분광광도법(UV-Vis)을 통해 잔존 수용성 Cr(VI) 농도를 정량 분석하였다. 실험결과, 황산철 첨가량이 증가함에 따라 Cr(VI) 농도가 명확하고 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었으며, 이는 투입량에 의존적인 환원 반응 특성을 의미한다. 또한 황산철의 수화 상태에 따라 환원 성능에 차이가 나타났으며, 이는 알칼리 환경에서 크롬산염 환원 과정에 Fe(II)의 가용성이 중요한 역할을 수행함을 시사한다. 적절한 투입량 조건에서 Cr(VI) 농도가 관련 규제 기준에 부합하는 수준까지 효과적으로 저감되었다. 본 연구 결과는 효과적인 환원제 투입량 선정에 대한 실질적인 지침을 제공함과 동시에, 시멘트 매트릭스 내 Fe(II) 매개 크롬산염 환원 메커니즘에 대한 이해를 심화시켜 시멘트 기반 재료의 보다 안전한 취급 및 활용에 기여할 것으로 기대된다.