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SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 서론 24

제1절 연구개발의 목적 및 필요성 24

제2절 연구개발의 내용 및 범위 27

1. 최종 목표 27

2. 연차별 연구 목표 및 내용 27

3. 추진전략 및 방법 28

4. 추진체계 29

제2장 도시광석의 순환자원화 전략 30

제1절 자원순환과 도시광석 30

1. 자원순환(Resource Recirculation)의 개념 30

2. 도시광산(urban mining)의 개요 32

3. 일본과 중국의 순환자원화 전략 38

4. 국내 도시광산의 순환자원화 전략 44

제2절 국내 희유금속 산업의 현황 51

1. 희유금속의 정의, 용도 및 특성 51

2. 희유금속의 산업의 정의 및 산업분류(안) 59

3. 국내 희유금속 수출입 동향 60

4. 희유금속 자원의 기술현황 및 발전전략 70

제3절 IT 폐자원 순환자원화 기술로드맵 75

1. 기술 로드맵의 개요 75

2. 환경 분석 및 전략방향 81

3. IT 폐자원 순환자원화의 목표, 전략 및 로드맵 101

4. 기대성과 및 활용방안 114

제3장 도시광석 매장량 정량화 연구 116

제1절 폐솔더 매장량 정량화 연구 116

1. 순환자원화 정량화 연구의 개요 116

2. 국내 폐솔더 매장량 정량화 120

3. 주석(Sn)의 물질 흐름 분석 133

4. 은(Ag)의 물질흐름 분석 152

제2절 주요 희유금속 원소별 물질흐름 분석 165

1. 니켈(Ni)의 물질흐름 분석 165

2. 크롬(Cr)의 물질흐름 분석 168

3. 코발트(Co)의 물질흐름 분석 170

4. 텅스텐(W)의 물질흐름 분석 172

5. 몰리브덴(Mo)의 물질흐름 분석 175

6. 안티몬(Sb)의 물질흐름 분석 178

7. 탄탈륨(Ta)의 물질흐름 분석 181

8. 티타늄(Ti)의 물질흐름 분석 184

제4장 폐솔더 도시광석의 순환활용기술 개발 188

제1절 서언 188

제2절 국내·외 기술개발 현황 190

1. 폐솔더 재활용 기술 및 연구개발 현황 190

2. 폐솔더 재활용 기술 특허분석 193

제3절 폐솔더 순환활용기술 수행 내용 및 결과 195

1. 금속용매추출기술 195

2. 화학용해기술 204

3. 전해용해기술 213

제5장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 220

제1절 연구개발 목표 달성도 220

1. 최종 연구목표의 달성도 220

2. 당해연도 목표의 달성도 220

제2절 연구대외(기술발전) 기여도 221

1. 공개 발표된 연구개발 성과물 221

2. 연구실적의 경제적 공공적 파급효과 222

제6장 연구개발결과의 활용계획 224

제1절 기대성과 224

제2절 실용화/상업화 계획 224

제7장 참고문헌 226

Table 2-1. 광산의 분류. 32

Table 2-2. 희유금속의 지역적 편재성. 33

Table 2-3. 1차 및 2차 금속 생산의 에너지 단위 비교 (10³ cal/t). 33

Table 2-4. 1차제련과 리싸이클링의 에너지 소요량 비교. 33

Table 2-5. 금속 스크랩의 리사이클 조건. 35

Table 2-6. 도시광산의 분류. 35

Table 2-7. 일본의 정부와 민간의 순환자원전략. 40

Table 2-8. 중국의 순환경제촉진법 체계 및 주요내용. 42

Table 2-9. 산업용 금속원소의 학문적 분류. 51

Table 2-10. 한국-일본-미국의 희유금속 분류 비교. 52

Table 2-11. 주요 희유금속의 용도별 분류. 53

Table 2-12. 주요 희유금속 원소별 용도. 53

Table 2-13. 주요 희유금속의 산업분야별 분류. 54

Table 2-14. 희유금속 산업의 분류(안). 59

Table 2-15. 2002-2008 희유금속의 수출입 무역통계. 60

Table 2-16. 2002-2008 희유금속 분류군별 수입 현황. 63

Table 2-17. 2002-2008 희유금속 분류군별 수입 현황. 63

Table 2-18. 2002-2008 희유금속 원소별 수입 현황. 64

Table 2-19. 2002-2008 희유금속 원소별 수출 현황. 65

Table 2-20. 2008년 1,000만$이상 희유금속 수출입 순위. 66

Table 2-21. 2002~2008 희유금속 제품군별 수입 현황. 67

Table 2-22. 2002~2008 희유금속 제품군별 수출 현황. 67

Table 2-23. 2003~2008 희유금속 수입 주요 3개국. 68

Table 2-24. 2003~2008 희유금속 수출 주요 3개국. 68

Table 2-25. 2003~2008 희유금속 무역적자 주요 3개국. 69

Table 2-26. 희유금속 기술분야별 국내·외 기술수준 비교. 71

Table 2-27. 주요 희유금속 원료소재 수요산업의 산업생산지수 변동추이 (2005. 4/4 기준). 72

Table 2-28. IT 및 첨단산업용 주요 희유금속 기초소재의 국내 수입 증가율. 72

Table 2-29. 희유금속 산업의 SWOT 분석. 73

Table 2-30. Global Sales Forecast of E-waste Market by Material Type, Through 2009 ($ Millions). 81

Table 2-31. Global sales forecast of recycled metals market by type ($ millions). 82

Table 2-32. Average annual growth rate(AAGR) of recycled metal (%). 82

Table 2-33. 금속 가격 변화. 82

Table 2-34. E-Waste generated by Region, 2004 (TONS/Year). 82

Table 2-35. Global sales forecast of E-Waste market by region ($ millions). 83

Table 2-36. 일본 도시광산 규모의 추정. 83

Table 2-37. 국가별 폐기물 재활용 실적. 84

Table 2-38. 정부의 환경분야 R&D 투자액 추이. 96

Table 2-39. 미국과 우리나라의 환경 R&D 예산투자 비교. 97

Table 3-1. 도시광석 매장량 정량화의 접근법. 116

Table 3-2. 단위행렬. 117

Table 3-3. 일본의 도시광석 축적잠재량. 118

Table 3-4. 무연솔더의 종류. 121

Table 3-5. 형상에 따른 솔더의 분류와 용도. 123

Table 3-6. 물질사용 제한을 내용으로 하는 국제 환경무역 규제. 124

Table 3-7. 솔더 사용 최종제품군. 129

Table 3-8. 제품 수명 적용 확률분포. 130

Table 3-9. 세계 주석의 용도별 구성비 (%). 133

Table 3-10. 국별 주석의 매장량 및 잠재매장량. 134

Table 3-11. 세계 주석광 생산추이표. 135

Table 3-12. 세계 상위 주석 정련괴 생산업체별 생산량. 136

Table 3-13. 세계 용도별 주석 사용량 추이. 137

Table 3-14. 주석제품 분류코드 변경 내용. 140

Table 3-15. 주석괴의 연도별 수출입 추이. 141

Table 3-16. 국별 미합금 주석괴(HS 800110) 수입 추이. 142

Table 3-17. 주요 미합금 주석과 수입업체별 수입 규모 추정치. 143

Table 3-18. 미합금 주석과의 용도별 수입 추정량. 143

Table 3-19. 미합금 주석괴의 용도별 추정 수입량 종합 및 비중. 144

Table 3-20. 국별 합금괴 수입 추이. 145

Table 3-21. 합금괴의 주요 수입업체별 연도별 수입 추정량. 146

Table 3-22. 용도별 주석합금괴의 수입 추정 물량. 147

Table 3-23. 용도별 주석합금괴의 순주석 추정 물량. 147

Table 3-24. 전기도금용 양극의 수입 추이. 147

Table 3-25. 기타(8007009000)의 수입추이. 148

Table 3-26. 주석제의 기타제품분류(800700)의 수입추이. 149

Table 3-27. 800500(주석분, 판, 플레이크류)의 용도별 추정량. 149

Table 3-28. 주석제의 기타제품군(800700)의 2007년 이후 용도별 추정치. 149

Table 3-29. 주석의 용도별 수입량 및 구성비. 150

Table 3-30. 솔더용 수입 주석 순분 추정량. 150

Table 3-31. 은광물의 종류. 153

Table 3-32. 세계 은광 매장량. 153

Table 3-33. 세계 은 생산 추이. 154

Table 3-34. 세계 은 재활용량 추이. 155

Table 3-35. 세계 제조용 은의 용도별 수요 추이. 155

Table 3-36. 세계 산업용 은의 용도별 수요 추이. 156

Table 3-37. 명목은 가격의 추이. 158

Table 3-38. 국내 은 생산 추이. 158

Table 3-39. 2008년도 수입은의 은괴 기준 환산 물량. 159

Table 3-40. 2008년도 수입은 환산량 기준 종류별 용도 추정량. 160

Table 3-41. 종류별 수출 물량 추이. 160

Table 3-42. 수입 은제품별 순은함량 환산율 추이. 161

Table 3-43. 국내 연도별 은 내수 추이. 161

Table 3-44. Silver Institute의 용도별 은수요 추정치. 162

Table 3-45. 무연솔더 생산량 기준 솔더용 은 수요량 및 구성비 추정치. 162

Table 3-46. 니켈의 수요. 165

Table 3-47. 코발트의 수요. 170

Table 3-48. 텅스텐의 수요. 172

Table 3-49. 몰리브덴 수요. 175

Table 3-50. 안티몬의 수요. 178

Table 3-51. 탄탈륨의 수요. 181

Table 3-52. 티타늄의 수요. 184

Table 4-1. 세계 연구개발 프로그램. 190

Table 4-2. 기술수준 분석. 191

Table 4-3. 주요 연구개발 프로그램. 191

Table 4-4. 국내 기술수준 분석. 192

Table 4-5. 검색된 특허. 193

Table 4-6. Average chemical composition of waste lead-free solder used in this study. 200

Table 4-7. The average removal % of Ag according to the zinc addition order(%). 202

Table 4-8. 폐솔더의 주석, 은, 구리 함유량. 206

Table 4-9. Current density vs. current efficiency of Sn electrodeposition. 217

Fig. 1-1. 주요 금속자원의 현 매장량에 대한 2015년 누적 수요량. (독립행정법인 물질·재료연구기구, 2007) 24

Fig. 1-2. 자원순환의 개념도(예시). 25

Fig. 1-3. 본 과제의 추진 전략. 28

Fig. 2-1. 자원순환의 개념도. 30

Fig. 2-2. 도시광산으로부터 회수 가능한 자원. 34

Fig. 2-3. 세계 도시광석 매장량 현황 (Au, Ag, Pb, Cu). 36

Fig. 2-4. 세계 도시광석 매장량 (Zn, Co, Al, Fe, Ni, PGM). 37

Fig. 2-5. 일본의 자원순환 사회형성 법체제. 38

Fig. 2-6. 중국의 순환자원 경제 제도. 41

Fig. 2-7. 희유금속 전주기적 순환 기술의 개요도. 48

Fig. 2-8. 일본의 소형 전기 전자기기의 리사이클 추진. 49

Fig. 2-9. 주요 희유금속 자원의 순환자원화 재생이용 기술의 개요도. 50

Fig. 2-10. 희유금속의 매장량 (국별, 광종별). 56

Fig. 2-11. 희유금속 연도별 수출입(금액) 추이. 61

Fig. 2-12. 희유금속 연도별 수출입 추이(중량). 61

Fig. 2-13. 희유금속 연도별 수출입 단가 추이. 61

Fig. 2-14. 희유금속산업과 전·후방산업의 연관성. 73

Fig. 2-15. 자원순환 및 폐기물 안전처리기술. 77

Fig. 2-16. 자원회수기술. 78

Fig. 2-17. 금속자원 생산량 대비 전자기기를 위한 소비량. 79

Fig. 2-18. 천연자원에 비해 도시광석에서 금속을 회수할 경우 절약가능한 에너지의 양 (BCC report, 2005) 79

Fig. 2-19. AAGR of recycled materials (%). 81

Fig. 2-20. 국가별 특허출원 현황. 87

Fig. 2-21. 출원인 국적별 특허출원 현황. 87

Fig. 2-22. 주요 출원인 특허출원 현황. 88

Fig. 2-23. 국제특허분류(IPC)별 특허출원 현황. 88

Fig. 2-24. 전체 재활용 기술별 특허출원 현황. 89

Fig. 2-25. 전체 재활용 기술별 특허출원 동향. 89

Fig. 2-26. 추진 체계 105

Fig. 2-27. IT 폐자원 순환자원화의 사업화 전략. 115

Fig. 3-1. 한국의 철강 MFA 및 scrap 발생량 추정. 119

Fig. 3-2. 제품별 철 스크랩(old scrap) 발생량. 120

Fig. 3-3. 세계 PCB 생산추이 (백만$). 126

Fig. 3-4. 국가별 PCB 점유율 추이 (백만$). 126

Fig. 3-5. System boundary. 127

Fig. 3-6. 폐솔더 부존잠재량 정량화 Process 및 모형. 131

Fig. 3-7. 폐솔더 매장량 정량화 system boundary. 132

Fig. 3-8. 주석의 흐름 및 사용처. 133

Fig. 3-9. 세계 주석 수요증가율 (10개년 이동평균). 137

Fig. 3-10. 세계 주석 수급밸런스 추이. 138

Fig. 3-11. 국제 주석 가격 추이. 139

Fig. 3-12. 주석현물가. 139

Fig. 3-13. 월별 주석과 현물추이. 140

Fig. 3-14. 주석의 흐름. 151

Fig. 3-15. 은의 사용처. 152

Fig. 3-16. 명목 은가격 추이 ('00＝100). 157

Fig. 3-17. 2008년도 은 흐름 추정도. 163

Fig. 3-18. 주석 은의 물질흐름. 164

Fig. 3-19. 니켈의 물질 흐름도. 166

Fig. 3-20. 크롬의 물질 흐름도. 169

Fig. 3-21. 코발트의 물질 흐름도. 171

Fig. 3-22. 텅스텐의 물질흐름도. 173

Fig. 3-23. 몰리브덴의 물질흐름도. 176

Fig. 3-24. 안티몬의 물질 흐름도. 179

Fig. 3-25. 탄탈륨의 물질 흐름도. 182

Fig. 3-26. 티타늄의 물질 흐름도. 185

Fig. 4-1. 특허출원 중인 일본의 폐솔더 재활용 기술공정-1. 194

Fig. 4-2. 특허출원 중인 일본의 폐솔더재활용 기술공정-2. 194

Fig. 4-3. Flow sheet of a novel process proposed to separate silver form waste lead free solder. 196

Fig. 4-4. Phase diagram of Sn-Ag system. 197

Fig. 4-5. Phase diagram of Sn-Zn system. 197

Fig. 4-6. Phase diagram of Ag-Zn system. 198

Fig. 4-7. Activity curves of Sn-M and Zn-M systems. 198

Fig. 4-8. A typical picture of the cooling step. 199

Fig. 4-9. Effects of the stoichiometric amount on the Ag removal. 201

Fig. 4-10. Effects of the holding time on the Ag removal. 201

Fig. 4-11. 솔더 B의 XRD 분석결과. 204

Fig. 4-12. 솔더 C의 XRD 분석결과. 205

Fig. 4-13. Schematic of reactor. 206

Fig. 4-14. 폐솔더로부터 은 침출에 대한 교반속도의 영향. 207

Fig. 4-15. 폐솔더로부터 구리 침출에 대한 교반속도의 영향. 207

Fig. 4-16. 폐솔더 질산 침출 잔사의 XRD 결과. 208

Fig. 4-17. 폐솔더로부터 은 침출에 대한 반응온도의 영향. 208

Fig. 4-18. 폐솔더로부터 구리 침출에 대한 반응온도의 영향. 209

Fig. 4-19. 폐솔더로부터 은 침출에 대한 질산농도의 영향. 209

Fig. 4-20. 폐솔더로부터 은 침출에 대한 질산농도의 영향. 210

Fig. 4-21. 폐솔더로부터 은 질산침출에 대한 광액농도의 영향. 211

Fig. 4-22. 폐솔더로부터 구리 질산침출에 대한 광액농도의 영향. 211

Fig. 4-23. 폐솔더로부터 구리침출에 대한 반응온도의 영향. 212

Fig. 4-24. Change of linear polarization curve with concentration of sulfuric acid at 25℃. 214

Fig. 4-25. Change of electrode potential with current density in 1.0. mol L-1. H₂SO₄ solution at 25℃.(이미지참조) 215

Fig. 4-26. Anode slime (a) obtained at 10 mA cm-2 in 1 mol L-1 H₂SO₄ and its EDX analysis (b).(이미지참조) 216

Fig. 4-27. Photograph of electrodeposit Sn in 1.0. mol L-1. H₂SO₄ at 40 mA and 25℃.(이미지참조) 217

Fig. 4-28. Ag and Cu content vs. current density. (1 mol L-1 H₂SO₄ 25 ℃).(이미지참조) 218