烈分解를 利用한 發電線에서의 구리 回收에 關한 硏究

Abstract

[한글]

전선은 전기, 전자, 통신의 발달과 전기, 전자, 통신기기의 사용이 보편화됨에 따라 전력의 공급, 정보의 운반수단을 비롯하여 통신기기의 회로에 필수적으로 소요되고 있다. 이에 수반하여 발생하는 폐전선의 양도 매년 증가하고 있다.

폐전선중에는 무게로서 약 40 - 75%의 구리를 함유하고 있어 구리는 회수 재이용할수 있는 자원으로서의 가치가 충분히 있다.

폐전선중에서 구리를 회수하는 방법으로는 기계적으로 외피만을 깍아내는 방법, 외피를 소각하는 방법, 외피를 건류 소각하는 방법등이 있으나, 수집된 폐전선의 대부분이 여럽종류가 뒤엉켜있고, 외피의 주원료인 합성수지의 종류와 첨가되는 가소제의 종류에 따라

기계적으로 외피만을 제거하거나, 외피를 소각하는 것은 기술적 측면과 환경보전적인 측면에서 어려움이 있다.

본 연구에서는 폐전선이 연소할 때 생성하는 대기 오염물질이 다른 방법에 비해 월등히 적으며 전선의 굵기에 괸계없이 100% 구리회수가 가능하고, 오일(oil)과 챠르(char)를 동시에 얻을 수 있는 무산소상태의 간접가열방법인 열분해방법을 이용하여 우리나에서 생산시판되는 A사 폐구리전선 6종을 선정하여 열분해온도 450℃, 500℃ 및 600℃에서 반응시킨다음 회수된 구리, 오일 및 챠르의 회수율을 측정하고, 오일과 챠르의 원소분석 및 발열량을 측정하였다.

또한 오일과 챠르 중에 함유된 Cu, Zn, Pb, Cd 및 Cr등 5종의 중금속을 측정하였으며 그 결과는 다음과 같다.

1. 열분해온도 450℃, 500℃ 및 600℃, 반응시간 1시간에서 전선의 열분해가 완결되었고, 전선중의 구리가 거의 100% 회수 되었으며 pyrolysis 후의 구리, 오일 및 챠르 전체의 회수율은 83.7-92.5% 이었다.

2. 열분해후 생성된 오일에는 약 50%이상, 챠르중에는 약 20-50%가 탄소이었고 수소는 오일중에 약 10%이하, 챠르중에는 약 4%이하였으며 질소는 거의 존재하지 않았다.

3. 열분해후 생성된 오일의 발열량은 6,240.3 - 12,153.6cal/g으로 연탄의 4,500cal/g 유연탄의 6,600cal/g보다 높은 편이며, 폐타이어의 7,000 - 8,000cal/g과는 비슷하며 벙크C유의 10,327cal/g보다는 낮았다

생성된 오일의 발열량으로 보아 연료이용이 가능하다고 판단되었다.

4. 챠르중의 중금속 함유량이 오일에 비해 매우 높아 챠르를 재이용하는 경우에는 폐기물관리법의 규정에 따라 적법하게 처리되어야 할 것으로 판단되나, 오일은 기준항목에 포함된 중금속인 Pb, Cd 및 Cr은 환경처고시에 의한 정제연료유 기준에 적합하므로 직접연료로 사용할 수 있을 것으로 판단되었다.

5. 폐전선에서 구리를 회수할 수 있는 열분해의 조건은 온도 450℃, 반응시간 1시간 이내로 충분하며, 열분해반응에 필요한 간접가열 연료로 부산물인 오일이나 가스를 사용하면 더욱 비용경제적일 것으로 판단되었다.

이상의 연구결과를 보면 우리나라에서 발생되고 있는 폐전선중에서 환경적으로 안전하게 구리를 전량회수 할 수 있는 새로운 방법으로 생각되며, 열분해과정에서 얻어지는 부산물인 오일과 가스를 열분해연료로 직접사용 할 수 있을 것 판단됨으로, 이 분야의 연구

가 더욱 진행되어 실용화 하는 경우에는 비용 경제적이익이 충분히 있을 것으로 사료된다.

[영문]

In the recent years, the generation of waste wires has been increased rapidly due to development of electric, eletronic, and communication industries. The major momponent of the waste wires is copper and ranges between 40-75% of the total weight.

The critical step in the copper recovery processes from waste wires is removing the plastic clothing that covers the copper wire. There are three conventional methods used for plastic-clothing removal from waste wires; mechanical cutting, incineration, and gasification. Usually, it is very difficult to separate copper from plastic in the mechanical cutting method

when the waste wires are very thin or various wire scraps are mixed. The incineration or gasfication method generates air pollutants, and therefore, additional control technology is needed to meet the environmental requirements.

Pyrolysis, which can minimize the air-pollutional emission, while removing the plastic-cover material almost perfectly, appears to be a very promising resource-recovery technology from waste wires.

In this study, six different scraps of electric wires that are produced and consumed domestically were tested for copper recovery by pyrolysis.

The recovery efficiency for coppers, oils, and chars from the pyrolysis experiments performed at the reaction temperatures of 450℃, 500℃ and 600℃ and the elemental composition and calorific value of the oils and chars were measured. In addition to that, the heavy metal(Cu, Zn, Pb, Cd, and Cr) contents in

the oils and chars were analyzed. The results were summarized as follows:

1. At temperature of 450℃, 500℃ and 600℃ the pyrolysis reaction was completed within hour. At the all temperatures tested, the recovery efficiency for copper was almost 100%, and the total recovery efficiency for copper/oil/char was in the range of 8.7-92.5%.

2. The elemental analysis showed that the carbon content on higher than 50% in the oils and in the range of 20-50% in the chars. The hydrogen contents were less than 10% in the oils and approximately 4% in the chars, while nitrogen was not

detected.

3. The calorific value of the pyrolytic oils was in the range of 6,240-12,153cal/g, which is higher than that of briquet (4,500cal/g) or bituminous coal (6,600cal/g) and similiar to that of waste tires (7,000-8,000cal/g), but slightly lower than that of B-C oil (10,327cal/g). Therefore, the pyrolytic oils produced from the waste wires appeared to be a good source of fuel.

4. It was required to meet the related regulation of the Waste Management Law when the chars produced were to be used as a fuel. Because Pb, Cd, and Cr were contained belowed the regulatory level set for refined used oil for fueling puropose, the chars might be burned without further refinement.

5. An 1-hr reaction time was enough to recover the entire copper from the waste wires at the temperature of 450℃. It might be more economically feasible to recycle the oils, and chars into pyrolysis geating source as a suppementary fuel.