Applied Chemistry,Vol. 12, No.1 , May 2008, 181-184

혜 인쇄획로기판의 훌 톨리톨 이용환 급혹과 톨라스틱의 톨리

Manis Kumar Jha . 유재빈 · 이재천 · 절짚Zl t

한국지짙자원연구원‘ 자원활용 · 소재 연구부

(jinkiz@kigam.re.kr t)

Separation of Metal and Plastic in waste PCBs by LayerSeparation

Manis Kumar Jha, Jae-Min Yoo, Jae-Chun Leε I파뇨1쁘맺f

KIGAM, Minerals and materials Processing Research Division(jinkiz@kigam.re.kr T)

Abstract

A novel pre-treatment process for the liberation of metals from waste printed circuitboards(PCBs) by layer separation has been developed. The invention particularly relates tothe liberation of metallic constituents by the separation of the layers of metallic andnon-metallic components from the PCBs. The novelty of the process is the liberation ofmetal from the PCBs using organic, which is effective, economical and energy saving. Inpresent study, the pieces of PCBs are tested for the separation of the layers of epoxy resinsand other non-metallic constituents from the thin metallic plates 없ld wires. The process iscompatible in comparison to existing mechanical pre-treatment process. The separated thinmetal plates and wire could be effectively processed for the hydrometallurgical extraction,in comparison to the metallic fraction coated or encapsulated with plastic and ceramicmaterial. The mixture of liberated resins 하ld metals from the PCBs were filtered, thendried to remove 허] liquid. The mixture of liberated thin layers of metals and epoxy resinsare finally separated and an려ysed by using corona electrostatic separator. The recoveπ ofmetal was found 99.99%.

1. 서 론

정보화사회로접어들면서 사용자의 확대로 인하여 정보의 전달을 위한 전자기기의 보급이 증가일로

에 있다. 그리고 장치의 성능이 급속히 발전할 뿐 아니라 디자인의 변화 둥으로 제품의 교환 주기도 짧아

져 신상품의 사용량증가와동시에 폐전자기기의 발생량이 해마다중가하고있다[1]. 폐전자기기에는유

가금속뿐아니라유해물질을함유하고 있기 때문에 그 처리가중요한사회적 문제 중의 하나로 대두되고

있다.

폐전자기기의 재활용은 대부분의 경우 해체와 물리적 선별에 의한 물질 재활용이 주류를 이루

고 있으며r 중량대비 전체의 약 90% 이상이 이러한 단순 분리에 의하여 처리가 가능하기에 이 방

법으로 처리되고 있는 형편이다. 그러나 이러한 단순 분리에 의하여서는 인쇄회로기판 (Printed

Circuit Boards, PCBs)과 같은 복합물질의 처리가 어렵다. 그런데， PCBs에는 다량의 유가금속이

함유되어 있기 때문에 재활용의 경제적인 변에서 중요한 부분을 차지하기에 PCBs의재활용을 위한

기술개발이 요구되고 있다.

PCBs는 전자제품을 작동하도록 하는 반도체 칩 둥과 같은 주요 전자 부품들이 부착되어 있는

핵심구성요소로서 거의 모든 전자제품에 탑재되어 있다. PCBs은 기판재와 기판에 장착되어 있는

전자부품으로 구분되는데 구성부분은 대략 플라스틱 이 30%, 난용성산화물이 40%, 금속이 30%로

되어 있지만 제조시기， 이용부문에 따라 조성이 약간씩 달라진다. 리사이클링의 원동력이 되는 귀

금속이 함유된 PCBs은 TV, VTR, 중대형 컴퓨터， PC, 휴대폰 둥과 같온 민생용 첨단 전자기기 및

특수 산업용 전자기기에 사용되는 것이다.

181

Manis Kumar jha . 유재민 · 이재천 • 정진기182

이 중에서 귀금속 사용량이 가장 많은 PCBs은 컴퓨터에 사용되는 것으로서 PCBs 1톤당 금이

400-800g, 은이 200g 그리고 팔라륨이 20g 정도 함유되어 있으며 기타 주요원소로는 구리 (20%) ，

철 (8%) ， 주석 (4%) ， 납(2%) ， 니켈 (2%) ， 알루미늄 (2%) 그리고 아연 (1%) 둥이 있다.

PCBs으로부터 유가금속올 회수를 하는 방법은 크게 습식법과 고온 용융법으로 나누어지며 지

금까지는 고온용융에 의한 처리가 이루어지고 있다. 그러나 에너지， 환경 그리고 투자비 둥에 대

한 고려로 인하여 습식법에 대한 관심이 높아져서 습식법에 대한 연구에 많은 노력올 기울이고

있다. 습식법에서는 첫 공정인 침출이 전체 공정을 결정 할 뿐 아니라 수율을 결정하게 됨으로 중

요한 공정이다. 그러나 침출은 전단계인 물리적 전처리가 좌우하게 된다.

본 연구에서는 우선 폐전자 및 전기제품의 재활용 현황을 살펴본 다음， PCBs올 대상으로 분쇄

후 충 분리 실험에 의한 금속의 liberation 을 보았다.

2. PCBs 쩨활용 현황

대부분의 재활용 공장에서는 수작업으로 해체한다. 스웨멘의 Ragn-Sells Elektonikatervinning AB

는 전형적인 e-waste 재활용 회사이다. 그림 1은 그 공장에서 사용하는 해체 공정이다. 다양한

구들이 유해 부품의 제거r 재사용가능하거나 가치가 있는 부품이나 재질의 회수를 위하여 해체

정에서 사용된다[4].

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그림 1. 스웨넨 Ragn-Sells Elektronikatervinning 사의 재활용 공정.

70여명의 전문가의 의견올 정리한， 1977년 수행된， Boks and Templeman의 연구에 따르면 전

자기기의 완전(90-100%) 자동화에 대하여 65%의 전분가가 2010에 이루어질 것으로 보았다. 그리

고 57%는 독일에서 이루어질 것으로 보았는데 독일 전문가의 35%만이 여기에 동의하였다. 그리

고 32%의 전문가가 황색가전πV， 오디오， 비디오)과 백색 가전(냉장고， 세탁기)의 완전 자동해체가

2020년까지는 경제적인 매력을 가지지 못할 것으로 보았다. 자동화를 막는 가장 큰 장애들은 1)제

품의 종류가 너무 다양하다 2)같은 종류의 제품의 양이 너무 적다 3)해체가 어렵게 설계되었다

4)retum logistic에서의 일반적인 문제 5)해체되어야 할 제품의 양의 변동 퉁이다[5].

해체에 의하여 재질별로 분리되는 물질은 바로 활용이 되지만 처리나 금속의 회수공정에서 문

제가 되는 것은 1)금속과 플라스틱 복합재료 2)유해금속이 함유된 재질의 처리이다. 폐전기 · 전자

기기의 전체적인 재활용 기술을 개발하는데 있어서 해체에 의하여 재질별로 분리된 것은 직접 활

용하면 되지만 금속과 플라스틱 복합재료의 처리기술이 병목기술이다.

해체 공정올 통하여 발생된 PCBs을 회수하여서 처리공정올 적용하게

PCBs Qj 무게는 표 1과 같다. 크기와 모델 퉁에 따라서 장착된 PCBs이

기기별 장착된

수 있다 PC의

각

알

되는데

다름을

용용화학， 제 12 권 제 1 호， 2α엉

혜 인쇄회로기판의 총 분리를 이용한 금속과 플라스틱의 분리 183

경우 본체. 14인치 모니터， 프린터에 탑재된 PCBs의 평란량은 3034g/대로서 가장 많은 PCBs을

사용하였으며， 다음 으로 컬러 TV와 냉장고 순이었다.[3]

국내의 PCBs로부터 유가금속을 회수하는 기술은 대부분 제련회사의 대형 용광로 투입하는 고

온용융법이 적용되고 있으며， 습식법에서는 금， 은 풍의 귀금속만 약간씩 회수하고 있는 실정이다.

고온용융법은 온실가스의 발생 둥의 문제가 있으므로 습식법에 의한 처리기술 개발이 시도되어서

파일렷 단계에 와 있다.

표 1. 국내 전자제품의 PCBs 사용량[3]

(단위 :g/대)

모델PC

컬러 TV 냉장고본체 모니터 프린터

A l껑8 1090 890 900 450

B 1638 1677 865

C 1145 1100 295 3003 421

평균 3034 1860 580

3. 금속과 플라스틱의 분리 실험

폐PCBs을 유기용제를 이용하여 전처리함으로서 적충되어 있는 여러 겹의 플라스틱 충을 팽윤

시켜서 분리시킴으로서 플라스틱성분을 포함한 비금속과 금속성분을 분리시키는 실험을 수행하였

다.

폐PCBs을 7mm 이하로 예비 절단하여 비이커에 유기용제와 함께 광액농도 l00g/L로 장입하

여 비이커에 투입한 후 Scm magnetic bar를 이용한 교반과 함께 120-140't;로 가열하였다. 교반속

도는 900rpm 이상이며， 1시간이상 유지하였다. 반웅이 종료된 후 단체 분리된 플라스틱성분과 금

속성분을 체질을 통해 용액으로부터 분리하여 세척한 후 건조시킨다. 이어 건조된 시료는 정전선

별 (High Tension Separator, Carpco Model HT; C값pco， Inc. Jacksonville, Florida, USA 32206,

20kV, 40rpm, lstage)을 수행하여 금속과 플라스틱을 분리하였다.

4. 결과 및 검토

상기 실험에 의하여 최종적으로 플라스틱이 분리된 금속 성분을 얻을 수 있었다. 전체 공정을

통하여 사용된 유기용제의 회수율과 금속의 회수율은 아래 표 2와 같다. 유기용재는 재사용에 의

하여 계속하여 활용될 수 있었다.

그림 2는 정전선별을 통하여 분리된 플라스틱 성분의 사진이다. 금속 성분이 완전히 분리된

것을 확인할 수 있었다. 금속 성분은 플라스틱을 제거하고 남은 부분을 통하여 전량 회수 할 수

있었다.

표 2. 정전선별에 의한 회수율

구분정전선별 실험

입자크기 유기용제 회수율 금속회수율

1 >7mm 99.99% 99.99%

2 >5mm 99.99% 99.99%

3 >3mm 99.99% 99.99%

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184 Manis Kumar ]ha . 유재민 • 이재천 · 정진기

그림 2. 분리 회수된 플라스틱

5. 결론

폐 PCBs 처리를 위한 전처리 공정에서 충 분리에 의한 방법을 새롭게 제안하여 다음과 같은

결론을 얻었다.

1. 폐PCBs의 충 분리법을 적용하여 금속 성분과 플라스틱 성분을 분리할 수 있었다.

2. 충 분리 매체인 유기용매의 회수율은 99.9% 이상이었다.

3. 충 분리된 시료를 정전선별을 통하여 99.99% 이상의 금속을 회수 할 수 있었다.

감사의 글

본 연구는 과학기술부/환경부의 21C 프론티어연구개발사업인 자원재활용기술개발사업단으로부

터 연구비를 지원받아 수행된 “폐전기·전자기기의 토탈 리사이클링 실용화기술 개발”에서 얻어진

연구결과의 일부입니다. 연구비를 지원해 주신 관계자께 감사드립니다.

참고문헌

1. National Safety Council, Elecσonic product recovery and recycling baseline report; May,l999

2. 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행령 개정 공포 2004년 11월 17일， 환경부 보도자료

3. 자원활용-소재 및 리싸이클링 기술동향 분석연구， 2002RTI여P010000 산업자원부， 2005.6.

4. Ragn-Sells Elektonikatervinning AB, Elektonikatervinning, report, 2000

5. C. Boks and E. Templeman, Futures, 30(1998) 425-442

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