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I. 제목 : 초경 공구 텅스텐 하드스크랩의 소재화 기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 현재 전 세계적으로 텅스텐 카바이드 하드스크랩으로부터 텅스텐, 코발트 등의 유용금속을 회수하여 소재화하기 위한 기술은 크게 아연법, 파분쇄법, 고온신화법으로 나눌 수 있으나, 파분쇄법과 산화법은 에너지 소모가 많고 조업시간이 길어 상업화되지 못하고 있으며 현재 상용화 공정은 대부분 아연법으로 이루어지고 있음.
○ 그러나 미국, 유럽, 중국 등 기술 선진국에서 상업화된 아연법은 조업이 까다롭고 에너지 소모가 많으며 다품종의 텅스텐 카바이드 하드스크랩을 처리할 수 없다는 단점과 얻어진 탄화물의 품질이 나쁘다는 단점이 있음
○ 한편 국내에서는 텅스턴 카바이드 하드스크랩으로부터 텅스텐, 코발트 등의 유용금속을 회수하여 소재화하는 기술이 확보되지 못하고 있어 국내에서 절삭 공구로 사용 후 발생되는 텅스텐 카바이드 하드스크랩은 전량이 저가에 중국, 일본, 유럽 등에 수출되고 있는 실정임
○ 이로 인해 국내 소재 산업체에서는 유럽, 중국 등과 같은 국가로부터 고가의 텅스텐탄화물 분말을 전량 수입하는 실정으로, 전략금속 자원의 안정적인 확보와 원료 가격 절감을 통한 국내 소재산업의 경쟁력강화를 위하여 텅스텐 카바이드 하드스크랩의 소재화 기술 개발은 절실히 필요한 상황임
○ 뿐만 아니라 국내 공구 제조 산업에서 핵심 기술인 소결체 제조공정에서 점결제와 미립 금속탄화물의 반응 조절기술과 미립 금속탄화물 제조 기술이 아직까지 개발되지 못하여 저온 소결 제조기술이 상용화되지 못하고 있는 실정임
○ 이러한 관점에서, 본 연구에서는 중점적으로 난 처리성 텅스텐 카바이드 하드스크랩의 소재화를 위해 금속용매합금화 공정/침출·분리 공정/소결체제조 공정이 융합된 일관 소재화 기술을 개발하고자 함
III. 연구개발의 내용 및 범위
가. 당해연도 연구 목표
○ 하드 스크랩의 소재화 공정기술 개발
나. 당해연도 연구내용
○ 부산물 활용 금속용매합금화 공정기술 개발
○ 분쇄된 WC 하드스크랩 산화배소 공정기술 개발
○ 텅스텐, 코발트, 알루미나 정제 공정기술 개발
○ 하드스크랩으로부터 분리된 탄화물 내 탄소량 적정화 연구
○ 하드스크랩으로부터 분리된 탄화물을 활용한 WC 기반 복합소결체 제조 기술 개발
IV. 연구개발결과
○ 부산물 활용 금속융매합금화 공정기술 개발
- 텅스텐 카바이드(WC) 하드 스크랩의 파·분쇄를 위한 금속용매제로 폐알루미늄캔이 가능함을 확인하였음
- 세계 최초의 텅스텐 카바이드 하드스크랩을 분쇄율 80% 이상에서 1,000 ㎛ 이하의 입도크기로 파·분쇄할 수 있는 금속용매제합금화 공정기술을 개발하였음
○ 산화배소 공정기술 개발
- 텅스텐 카바이드(WC) 하드 스크랩 분쇄물의 산화배소는 반응온도보다 산소분압에 크게 영향을 받는 것으로 확인되었음
○ 텅스텐, 코발트, 알루미나 정제 공정기술 도출
- WC-Co 하드 스크랩으로부터 텅스텐과 코발트를 90%이상 침출·회수하고 순도 95% 이상 Co 화합물과 Al 함량 100 ppm 이하 W 화합물을 제조하기 위한 침출·산화배소·분리·정제 공정으로 이루어진 복합 제련기술을 개발하였음
○ 하드스크랩으로부터 추출된 WC을 활용한 고품질 WC-Co 소재 제조
- 하드스크랩으로부터 추출된 WC을 활용하여 경도 14.8 GPa, 파괴인성 9.0 MPa·m½인 WC-10Co 초경 소재 제조 (상용 WC-10Co: 경기도 13.8 GPa, 파괴인성 12.4 MPa·m½인 WC-10Co 초경 소재 제조 (상용 WC-10Co: 경도 13.8 GPa, 파괴인성 12.4 MPa·m½)
○ 질소 분위기 열처리를 통한 W-Ti(CN) 분말 및 소결체 제조
- W상이 균일하게 분포한 W-Ti(CN) 소결체 제조를 통한 고성능 초경 소재 제조 (경도 30.8 GPa, 파괴인성 7.6 MPa·m½)
V. 연구개발결과의 활용계획
○ 개발된 공정개념과 단위기술을 산업체에 필요한 기술로 개량하고자함
○ 본 연구를 통하여 개발된 텅스텐 카바이드 하드 스크랩의 파·분쇄 공정 뿐만아니라 모든 단위 기술들을 관련기업에 제공하여 텅스텐 카바이드 하드 스크랩의 소재화 기술을 상용화 하고자 함
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