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Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, April 2012, 195-203 195 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정 이철태 박태문김정민 단국대학교 화학공학과 (201211일 접수, 2012116일 수정, 2012118일 채택) - Foaming Process of Waste LCD Glass for the Recovery of Valuable Materials from Waste LCD Pannel Chul-Tae Lee , Tae-Moon Park, and Jung-Min Kim Department of Chemical Engineering, Dankook University, Gyeonggi 448-701, Korea (Received January 1, 2012; Revised January 16, 2012; Accepted January 18, 2012) LCD유리의 재활용 방안은 평판 디스플레이용 폐 LCD판넬의 전체 재활용 공정의 확립을 위한 중심요건이다. 연구는 폐 LCD유리를 보온단열재, 흡음차음제, 토목용 경량골재 또는 수처리용 담체 등의 원료로 재활용하기 위한 발 포공정의 기초공정으로서 폐 LCD유리의 분쇄특성, 적절한 탄소발포제의 선정, 유가물 회수를 위한 산침출 후 잔유된 유리질의 물성 및 이들의 발포화의 문제점을 조사하였다. LCD유리의 분쇄공정을 통해 발포용 원료로 사용가능한 미분화가 가능하였으며, 고융점을 갖는 LCD 유리의 발포화를 위해서는 결정성 천연흑연이 적절하였으며, 산 침출 후 잔사인 슬러지 상태의 폐유리성분도 발포체의 원료로 재활용될 수 있음을 확인하였다. Recycling method of waste LCD glass is the essential process for developing the total recycling process of LCD pannel. Pulverizing of LCD glass, determination of proper carbonacious foaming agent, the properties of residue from the recovery of valuable materials through an acid leaching process and the feasibility for the foaming of the residue obtained from leach- ing for indium and tin recovery were investigated for the developing of recycling method of waste LCD glass as industrial feed materials, such as heat insulation materials, sound absorbing materials, carrier of water treatment. Waste LCD glass could be pulverized finely for foaming process. Natural graphite was proper agent for foaming of the residue and the foam- ing technology of LCD glass would be effective recycling alternatives. Keywords: waste LCD pannel, waste LCD glass, recycling, foaming, foamed glass 1. 1) 액정표시판넬(Liquid crystal display pannel; LCD Pannel)은 오늘날 제안된 평판표시소자의 하나로 TV, 컴퓨터 등의 모니터로 사용되어 가장 광범위하게 보는 즐거움을 제공하고 있다. LCD판넬의 사용은 CRT를 대체하면서 그 사용은 급증하고 있으며, 아직은 제품으로서 후 폐기물 발생시점에 이르지 않고 있지만, 이 판넬의 생산과정에서 이미 우리 국내의 경우에서만도 공정 폐기물로 연간 3만톤 이상의 LCD유리가 발생되고 있다. 현재 거의 매립하고 있는 실정이나 이의 발생량은 더욱 커져갈 것으로 예측되고 있다. LCD판넬에는 수많은 유독물질이 포함되어 있으며 특히 CCFL (cold cathode fluorescent lamp)에 함유된 수은과 액정이 대표적인 물 질이다. 그러나 한편 이 LCD판넬에는 유리, 플라스틱, 인듐 및 주석 을 비롯한 희유금속 등 유용한 공업 자원이 함께 존재한다. 그러므 로 이들 물질들을 제대로 회수처리하지 않고 단순 매립 또는 소각 † 교신저자 (e-mail: [email protected]) 처리 등에 의해 폐기물 처리를 진행하는 경우 소중한 자원의 낭비는 물론, 유독물에 의해 머지않아 인간의 건강은 물론 환경생태학적으 로 치명적인 위협을 줄 것이라는 것은 누구나 예측할 수 있는 사안 이다[1-3]. 이러한 LCD판넬의 처리를 위해 2000년 이전에는 주로 전통적인 기술에 의해 LCD판넬 내의 유독물질 처리에 중점을 두었다. 예를 들어 열분해, 초음파 또는 화학적 방법에 의한 액정의 제거 및 세척 등이다[4]. 그러나 2000년 이후 유용한 물질의 회수에 초점을 맞추 기 시작하였다. LCD판넬의 재활용에 대한 연구는 저자의 전보 [5]에 상술한 바 있으나 크게 i) 인듐, 주석 등의 유가성분 또는 액정 의 회수[6-10], ii) 액정, 박막 등 불순물을 물리화학적 방법에 의해 제거 후 유리의 재사용[11-13], iii) 야금공정, 용융공정, 소각공정, 멘트 제조공정, 고온 공정에 복합적 사용[14-18], iv) 제품화로서 타 일 제조[10,19] 등으로 구분될 수 있다. 이들 중 ii)의 액정 회수, 유리를 판넬용 유리원료로서 재사용, 등은 경제성, 효율성에서 배제 되었으며, iii)의 경우 부분적, 복합적으로 혼합 사용이 보고되고 있 으나 그 사용량은 지극히 소량이고 간헐적으로 사용되어 처리의 효

폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정 … · 2014-08-13 · 폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정 197

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Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, April 2012, 195-203

195

폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정

이철태†⋅박태문⋅김정민

단국대학교 화학공학과

(2012년 1월 1일 접수, 2012년 1월 16일 수정, 2012년 1월 18일 채택)

-

Foaming Process of Waste LCD Glass for the Recovery of Valuable Materials

from Waste LCD Pannel

Chul-Tae Lee†

, Tae-Moon Park, and Jung-Min Kim

Department of Chemical Engineering, Dankook University, Gyeonggi 448-701, Korea

(Received January 1, 2012; Revised January 16, 2012; Accepted January 18, 2012)

폐 LCD유리의 재활용 방안은 평판 디스플레이용 폐 LCD판넬의 전체 재활용 공정의 확립을 위한 중심요건이다. 본

연구는 폐 LCD유리를 보온단열재, 흡음차음제, 토목용 경량골재 또는 수처리용 담체 등의 원료로 재활용하기 위한 발

포공정의 기초공정으로서 폐 LCD유리의 분쇄특성, 적절한 탄소발포제의 선정, 유가물 회수를 위한 산침출 후 잔유된

유리질의 물성 및 이들의 발포화의 문제점을 조사하였다. 폐 LCD유리의 분쇄공정을 통해 발포용 원료로 사용가능한

미분화가 가능하였으며, 고융점을 갖는 LCD 유리의 발포화를 위해서는 결정성 천연흑연이 적절하였으며, 산 침출 후

잔사인 슬러지 상태의 폐유리성분도 발포체의 원료로 재활용될 수 있음을 확인하였다.

Recycling method of waste LCD glass is the essential process for developing the total recycling process of LCD pannel.

Pulverizing of LCD glass, determination of proper carbonacious foaming agent, the properties of residue from the recovery

of valuable materials through an acid leaching process and the feasibility for the foaming of the residue obtained from leach-

ing for indium and tin recovery were investigated for the developing of recycling method of waste LCD glass as industrial

feed materials, such as heat insulation materials, sound absorbing materials, carrier of water treatment. Waste LCD glass

could be pulverized finely for foaming process. Natural graphite was proper agent for foaming of the residue and the foam-

ing technology of LCD glass would be effective recycling alternatives.

Keywords: waste LCD pannel, waste LCD glass, recycling, foaming, foamed glass

1. 서 론1)

액정표시판넬(Liquid crystal display pannel; LCD Pannel)은 오늘날

제안된 평판표시소자의 하나로 TV, 컴퓨터 등의 모니터로 사용되어

가장 광범위하게 보는 즐거움을 제공하고 있다. LCD판넬의 사용은

CRT를 대체하면서 그 사용은 급증하고 있으며, 아직은 제품으로서

후 폐기물 발생시점에 이르지 않고 있지만, 이 판넬의 생산과정에서

이미 우리 국내의 경우에서만도 공정 폐기물로 연간 3만톤 이상의

폐 LCD유리가 발생되고 있다. 현재 거의 매립하고 있는 실정이나

이의 발생량은 더욱 커져갈 것으로 예측되고 있다.

이 LCD판넬에는 수많은 유독물질이 포함되어 있으며 특히 CCFL

(cold cathode fluorescent lamp)에 함유된 수은과 액정이 대표적인 물

질이다. 그러나 한편 이 LCD판넬에는 유리, 플라스틱, 인듐 및 주석

을 비롯한 희유금속 등 유용한 공업 자원이 함께 존재한다. 그러므

로 이들 물질들을 제대로 회수처리하지 않고 단순 매립 또는 소각

† 교신저자 (e-mail: [email protected])

처리 등에 의해 폐기물 처리를 진행하는 경우 소중한 자원의 낭비는

물론, 유독물에 의해 머지않아 인간의 건강은 물론 환경생태학적으

로 치명적인 위협을 줄 것이라는 것은 누구나 예측할 수 있는 사안

이다[1-3].

이러한 LCD판넬의 처리를 위해 2000년 이전에는 주로 전통적인

기술에 의해 LCD판넬 내의 유독물질 처리에 중점을 두었다. 예를

들어 열분해, 초음파 또는 화학적 방법에 의한 액정의 제거 및 세척

등이다[4]. 그러나 2000년 이후 유용한 물질의 회수에 초점을 맞추

기 시작하였다. 폐 LCD판넬의 재활용에 대한 연구는 저자의 전보

[5]에 상술한 바 있으나 크게 i) 인듐, 주석 등의 유가성분 또는 액정

의 회수[6-10], ii) 액정, 박막 등 불순물을 물리화학적 방법에 의해

제거 후 유리의 재사용[11-13], iii) 야금공정, 용융공정, 소각공정, 시

멘트 제조공정, 고온 공정에 복합적 사용[14-18], iv) 제품화로서 타

일 제조[10,19] 등으로 구분될 수 있다. 이들 중 ii)의 액정 회수, 폐

유리를 판넬용 유리원료로서 재사용, 등은 경제성, 효율성에서 배제

되었으며, iii)의 경우 부분적, 복합적으로 혼합 사용이 보고되고 있

으나 그 사용량은 지극히 소량이고 간헐적으로 사용되어 처리의 효

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196 이철태⋅박태문⋅김정민

공업화학, 제 23 권 제 2 호, 2012

Figure 1. The whole processes designed for the treatment and

recycling of LCD panel within this study.

율성이 문제시되고 있으며, 유리자체를 재활용으로 제품화 또는 제

품의 원료로 사용한 것이 타일 제조[10,19]의 경우와 전보[5]에서 제

안한 발포체의 제조가 전부이다.

그러나 최근 들어 세계적으로 희유금속의 편재화 및 수요의 증가

로 인해 각국은 희유금속자원 확보가 자원전쟁의 차원으로 대두됨

에 따라 폐 LCD판넬로부터 인듐, 주석을 비롯하여 다양한 유가금속

의 회수가 중요한 흐름이 되고 있다.

사용 후 제품에서 발생되는 폐 LCD판넬의 재활용 공정은 공통적

으로 일차 backlight lamp를 제거, 플라스틱과 회로기판을 회수한 후,

최종폐기물로서 편광판이 붙어있는 ITO glass가 남게 된다. 이후

ITO glass에서 ITO필름을 분리할 수도 있으며, 때론 폐유리기판이

남을 수도 있으며, 때로는 이와는 달리 ITO필름이 붙은 상태로 유리

를 파쇄하고 산으로 ITO를 회수한 다음 최종적으로 유리 폐기물이

발생할 수도 있는 것이다. 그러므로 사용 후 발생되는 폐 LCD판넬

의 재활용을 위한 폐 LCD유리는 ITO필름만을 떼어내거나 또는 부

분적으로 붙어있는 상태의 폐 LCD유리(이하, 이를 “A type 폐 LCD

유리”라고 함)와 폐 LCD유리에 붙어 있는 ITO 또는 희유금속 성분

등을 산 또는 알칼리로 회수한 후 남게 되는 슬러리 상태의 폐유리

(이하, 이를 “C type 폐 LCD 유리”라고 함)의 두 종류 폐유리가 발생

하게 된다. 공정의 효율성에 따라 달라질 수 있겠으나 희유금속에

대한 세계적인 흐름을 고려해볼 때 발생되는 폐 LCD유리는 주로 유

가 금속의 회수를 위해 산 또는 알칼리로 침적 처리된 이후의 폐기

물 형태가 될 것이다. 산 또는 알칼리로 침적된 상태의 공정폐기물

의 처리는 단순하지 않다. 그러나 EU의 WEEE (waste electrical and

electronic equipment)의 처리규정에 의하면 모든 전자제품의 경우 회

수율 75% 이상, 법적 재활용율 65% 이상이 되어야 한다[20]. LCD판

넬의 기능적 단위로서 유리질 기질이 40∼50%, 백라이트 모듈이 34

∼40%을 차지한다. 그렇다면 판넬의 유리부분을 재활용하지 않고서

는 절대로 WEEE의 규정 준수는 불가능하기 때문에 세계 1위 디스

플레이 강국인 우리나라의 경우 제품생산 업체나 국가의 국제 경쟁

력의 강화를 위해서도 폐 LCD유리의 재활용 방안은 폐유리의 형태

가 어떠한 상태로 되어 있든 반드시 마련되어야 할 매우 중요한 사

안이다.

전보[5]의 연구에서는 이러한 폐 LCD유리의 재활용 방안으로서

폐 LCD유리를 발포유리제조용 원료로서 사용을 제안하였고 그 가

능성을 진단한바 있다. 전보[5]에서 사용한 폐 LCD유리는 제품 사

용 후 발생된 폐 LCD판넬에서 나온 폐 LCD유리가 아니고 LCD판

넬 생산공장의 제조라인에서 발생되는 공정폐기물(이하, “B type 폐

LCD유리”라고 칭함)이다. 이 B type 폐 LCD유리는 A type 폐 LCD

유리와 거의 유사한 것이며 인듐, 주석 등 유가금속의 추출을 위해

주로 산 알칼리 등으로 침적 처리된 C type 폐 LCD유리와는 물리화

학적으로 다른 상태일 것이다. 예를 들어, A type 또는 B type 폐

LCD유리는 폐 LCD유리에 잔존하고 있는 액정 성분 등이 고온에서

탄소분으로 전화되어 발포반응을 유리하게 진행시킬 수 있는 가능

성이 있으며, 또한 표면이 상태는 침식되지 않은 상태이다. 그러므

로 액정 성분 등이 제거된 C type 폐 LCD유리의 발포화 조건은 A

type 또는 B type 폐 LCD유리와는 다를 것이며 발포화 공정에 다른

변수를 유발할 수 있을 것으로 사료된다.

따라서 본 연구에서는 폐 LCD유리의 재활용 공정으로서 발포화

공정의 실증화를 위한 기초공정으로서 폐 LCD유리의 분쇄특성, 다

양한 탄소발포제의 특성을 조사하며, 또한 전보[5]의 결과에 대한

보완 성격의 연구로서 C type 폐 LCD 유리의 물성과 발포체의 제조

가능성을 A type 폐 LCD유리의 경우와 비교하며 이들의 발포화 공

정에서의 문제점을 함께 검토하였다.

2. 시료 및 실험

2.1. 폐 LCD 유리 시료

본 연구를 비롯한 일련의 관련된 연구에서 사용된 폐 LCD유리 시

료는 전부 4가지 유형의 폐 TFT-LCD유리가 사용되었다. 첫째는 앞

서 언급한 바 있는 A type 폐 LCD 유리로서, 제품 사용 후 발생되는

폐 LCD유리이다. 실제로 A type 폐 LCD 유리는 아직은 발생량이

많지 않으며 사용주기상 3∼4년 이내에 급증할 것으로 예상된다. 본

연구에서 이 A type 폐 LCD유리는 고등기술연구원에서 사용 후 제

품을 수집하여 Figure 1의 공정에 의해 제공된 것이다. 즉, LCD판넬

해체에 따라 첫째, 백라이트인 CCFL 속의 수은을 제거하였으며, 일

차유가물 회수의 효율성을 위해서 PMMA, PC, PCB 등은 직접 수작

업으로 회수하였다. 이후 Figure 2에 도시된 것과 같이, 편광필름이

부착되거나 또는 탈착되어지고, 액정이 함유된 상태의 ITO유리가

남게 된다. 이 단계 이후 공정의 선택에 따라서 2가지 상태의 유리

시료가 얻어질 수 있다. 그중하나는 편광 필름, LC함유, ITO함유한

그 상태 그대로 분쇄를 하여 얻어지는 A type 폐 LCD유리이다. 둘

째는 이 A type 폐 LCD 유리와 거의 비슷한 물성을 지니는 것으로,

이는 LCD판넬 생산공장에서 제조공정상 발생되는 불량품 등 공정

폐기물로서, 판넬 제조공정의 기술 보안을 위해 매립을 위해 출하되

기 전 발생되는 불량 판넬 전체가 파쇄된다. 앞서 언급한 B type 폐

LCD유리이며, 본 연구에서의 시료는 판넬생산기업인 S기업 또는 L

기업의 생산공정에서 배출된 것이다. 셋째의 폐 LCD유리는 Figure

1의 재활용 공정에서 A type 폐 LCD유리 상태로 회수하지 않고,

ITO유리에서 인듐 또는 주석을 회수하기 위해 산 침출한 후 발생되

는 분말 또는 슬러리상의 폐유리로 앞서 언급한 C type 폐 LCD유리

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197폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정

Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, 2012

Figure 2. The lamination structure of the ITO glass from LCD panel.

Figure 3. Pulverizing phenomena of waste LCD Glass.

이다. 재활용 공정상 Figure 1의 마지막 단계에서 발생될 것이며, 본

연구에서는 A type 폐 LCD유리 또는 B type 유리를 대상으로 산 침

출 후 직접 준비하였다. 희유금속자원의 수요가 급증되고 있는 현재

의 상황을 고려해 볼 때, 향후 발생되는 폐 LCD유리의 주된 형태는

C type 폐 LCD유리가 될 것으로 전망된다. 끝으로, 이 C type 폐

LCD유리와 화학적으로 유사한 폐유리가 제조공정상 발생되고 있는

바, 이는 LCD판넬의 제조를 위한 원료 유리기판제조 공정에서 발생

되는 공정 폐기물이다. 이는 LCD판넬 제조 공정에 투입되지 않은

상태이므로 액정, ITO 등 존재하지 않은 상태로서 화학적 조성상 C

type 폐 LCD 유리와 가장 유사하다. 이 유리는 PEG사로부터 파쇄된

상태로 제공 받았으며 이하 “D type 폐 LCD 유리”라 칭한다. 이들 4

가지 시료 모두 1150 ℃의 고융점을 갖는 borosilicate 유리이다[1].

2.2. 폐 LCD 유리 시료의 준비

본 연구에서 사용된 A type, B type, D type 폐 LCD 유리는 분리

세척 등 별도의 전처리 과정 없이 회수 수거된 그 상태를 그대로 파

쇄하고 분쇄하여 연구의 시료로 사용하였다. 본 연구과정에서 직접

시료로 사용된 모든 시료는 attrition mill을 사용하여 필요한 량을 분

쇄하여 사용하였으며 사용된 모든 폐 LCD유리는 -325 mesh 크기로

70 wt% 이상 되도록 하며 150 mesh 크기보다 큰 입자는 제외하였

다. C type 폐 LCD유리는 A type 또는 B type 폐 LCD유리를 대상으

로 침출용매로서 염산을 사용하여 인듐 및 주석의 침출 실험을 진행

하여 실험결과 얻어진 인듐이 완전 침출조건을 적용하여 시료를 준

비하였다. 또한 탄소발포제로는 R-Carbon Black, KJ-Black 및 Carbon

Black, 결정성 Natural Graphite, Lonza KS-6 등을 사용하였다. 이 발

포제인 모든 탄소재의 입도도 공히 -325 mesh로 조절하였다.

2.3. LCD 유리 발포체의 제조

준비된 폐 LCD유리 분말을 사용하여 괴상 형태로 발포유리제조

실험을 시도하였다. 괴상 발포체는 분말을 거푸집에 담아서 발포 소

성하여 제조하였으며, 상세한 제조방법은 전보[5]와 동일하게 진행

하였다.

2.4. 시료 폐 LCD유리 및 발포체의 특성 분석

대상으로 하는 모든 폐 LCD 유리의 물리화학적 물성 및 특성조사

를 위한 모든 분석은 KS규격, ISO규격에 준하는 바에 따라 실시하

였다. 그 외의 일반적 분석 및 제시된 물성치는 통상의 과학적 분석

방법 및 이론적 계산에 준하여 시행하였다. 또한 제조된 발포체의

pore size 및 porosity의 측정은 Nikon ECLIPSE ME600를 사용하여

KS L3114에 의거 진행되었다[21].

3. 결과 및 고찰

3.1. 폐 LCD유리의 분쇄

폐 LCD판넬의 해체과정을 통해 PMMA (Polymethy methacrylate),

PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate) 등 고분자계 유

가물의 회수된 이후 ITO유리가 얻어진다. 이 ITO유리에는 액정도

포함되어 있다. 이 폐 ITO 유리기판의 상태로부터 인듐, 주석 등의

희유금속의 회수 공정으로 도입되거나 또는 그 상태로 발포화를 통

한 다양한 제품의 제조공정으로 도입이 이루어 질 수 있다. 그 어떠

한 공정방향으로 진행되더라도 그 기초 공정은 분쇄공정이다. 유리

는 재활용의 방향에 따라 분쇄된 입자의 크기도 달라져야 한다. 즉,

유리의 용도에 따른 원료로서 입자의 크기는 유리섬유로 이용하는

경우 50 mm, 시멘트블럭의 경우 0.5∼4 mm, 점토블럭 0.1∼0.5 mm,

발포화 재료로서 사용하는 경우 그 입자의 크기가 가장 작은 0∼0.1

mm로 조절되어야 해당 공정을 위한 적절한 유리분말이 될 수 있다.

유리는 규산염 화합물이며, 규산염화합물은 일반적으로 기계적 강

도 특히 hardness가 높기 때문에 분쇄에 대한 다량의 에너지가 요구

될 수 있으며 분쇄가 쉽지 않다. 더구나 LCD유리는 그 강도가 더욱

높은 붕규산알류미늄(aluminoborosilicate) 유리이다. 즉 미분쇄 효율

이 낮다. 그러므로 폐 LCD유리의 효율적인 재활용 공정의 첫 시작

은 폐 LCD유리의 분쇄공정이며 그 특성을 파악해야 한다. LCD유리

의 분쇄특성을 파악하기 위해서 CRT 및 소다석회유리인 판유리를

사용하여 비교분석하였다.

3.1.1. 폐 LCD유리의 분쇄 특성

Figure 3은 폐 LCD유리를 분쇄하는 경우 분쇄되는 경향성과 그

분쇄공정의 재현성을 확인하기 위해서 평균 직경 1 cm 크기로 파쇄

된 폐 LCD유리 400, 450, 500 g씩을 분쇄메디아로서 직경 1 cm의

철볼 5 kg을 장입한 3.2 L 용량의 볼밀에 넣고 1 h씩 분쇄하고 이를

각각 체가름을 통해서 얻어진 분쇄물의 입도 분석 결과이다.

Figure 3에 나타낸 바와 같이 분쇄된 폐 LCD 유리의 입도는 100

mesh 이상의 크기를 갖는 것이 80% 이상으로 분쇄가 잘 되지 않았

을 뿐만 아니라, 이들의 분포 상태가 서로 상이하게 나타났다. 이러

한 분쇄실험을 각각 3회씩 반복 실험을 시행하였으나 분말 입도의

분포 상태가 모두 다르게 나타남을 확인하였다. 이러한 재현성의 부

족은 LCD유리 자체에 물리화학적 성상에 그 원인이 있을 수 있을

것으로 진단된다. 즉 분쇄될 폐 LCD유리의 크기가 크고 형상이 균

일하지 못하며, ITO유리에 남아 있는 유기물인 액정의 점성은 파쇄

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198 이철태⋅박태문⋅김정민

공업화학, 제 23 권 제 2 호, 2012

Figure 4. Fine pulverizing phenomena of waste LCD Glass.

Figure 5. Particle size distribution of pulverized waste LCD, CRT and

Plate glass, respectively.

된 유리의 분산을 억제할 수 있으며, ITO에 남아있는 인듐, 주석 성

분 등은 규산염 물질의 분쇄시 발생되어 미분화를 억제하는 정전기

발생에 영향을 줄 수 있기 때문으로 사료된다. 그러므로 폐 LCD유

리의 재활용 방향에 따라 준비해야 할 폐 LCD유리도 입도별로 별도

의 분쇄계획에 맞추어 진행되어야함을 알 수 있다.

3.1.2. 폐 LCD유리의 미분쇄 효율

Figure 3의 결과는 폐 LCD유리의 분쇄시 미분화가 용이하지 않음

을 나타낸다. 폐 LCD유리의 재활용, 특히 본 연구가 추구하는 발포

화공정의 적용을 위해서는 미분화는 필수적으로 이루어져야 한다.

앞서 언급한 바와 같이, 일반적으로 규산염광물의 경우 미분쇄가 용

이하지 않다. 폐 LCD유리 또한 규산염 광물과 유사하므로 다른 종

류의 규산염 유리질과 미분쇄 특성을 비교 평가하여 폐 LCD유리 재

활용 공정의 실용화 가능성을 타진하고자 하였다. 이에 따라 Figure

4는 폐 LCD유리의 분쇄시 미분화 효율성을 조사하기 위해서 다른

종류의 디스플레이용 유리인 CRT유리와 소다석회유리인 일반 판유

리를 각각 50 mesh 이하 60 mesh 이상(입자의 평균 221∼279 µm의

크기)의 크기에 해당하는 것으로 500 g씩을, 분쇄메디아로서 직경1

cm의 철볼 5 kg 장입한 3.2 L 용량의 볼밀에 넣고 1 h동안 분쇄하고

이를 각각 체가름을 통해서 얻어진 분쇄물의 입도 분석 결과이다.

Figure 4에 나타낸 바와 같이 폐 LCD유리의 미분쇄 거동은 소다

석회유리, CRT유리와 같은 분포를 나타내었다. 이는 파쇄될 폐

LCD유리의 크기가 규격화된 크기범위이며 공동적으로 이들이 규산

염구조를 지닌 유리질이라는 것에 기인한다. 그러나 미분쇄 효과는

유리별로 약간의 차이가 있으며 예측한 바와 같이 폐 LCD유리가 가

장 미분쇄 효과가 낮았다. 그러나 소다유리와 거의 비슷한 수준을

나타내며 주어진 분쇄조건에서도 200 mesh 이하의 크기를 60% 이

상 얻을 수 있음을 확인하였다. 그러므로 폐 LCD 유리가 높은 융점

을 가지고 있어 미분 효과가 크게 낮을 것으로 예측한 바와 달리 소

다석회유리와 비슷한 미분효과를 가질 수 있으므로 분쇄로 인한 재

활용 공정의 문제점은 크게 발생하지 않을 것으로 판단된다.

Figure 5는 이상의 미분쇄 거동에 따라 실증 시험상 분쇄거동 특

성을 확인하기 위해 평균 직경 1 cm되게 파쇄한 폐 LCD유리, CRT

유리, 그리고 소다석회유리 각각 15 kg씩을 분쇄메디아로서 직경 3

∼7 cm의 철볼 30 kg을 장입한 10 L 용량의 볼밀에 넣고 4 h동안

분쇄하며 각각 매 1 h 경과 때마다 이를 각각 채가름을 통해서 얻어

진 분쇄물의 입도 분석 결과이다. Figure 5에 나타낸 바와 같이 세

종류의 유리들은 전체적으로 분쇄시간이 증가할수록 최대 입자 크

기가 작아짐을 알 수 있다. 소다석회 유리의 경우 분쇄시간 2 h 이후

부터 입도가 일정해짐을 알 수 있으나, 폐 LCD유리는 CRT와 함께,

미분 시간이 3 h 정도가 되면 입도의 분포가 일정해짐을 알 수 있다.

따라서 폐 LCD유리의 재활용을 위한 발포화공정의 상업적 실증화

단계에서 미분쇄할 폐 LCD유리의 양이 많아지더라도 폐 LCD유리

의 발포공정에 사용될 원료로서 폐 LCD유리의 입도를 -200 mesh

(74 µm 이하의 크기)로 하는 경우 충분히 가능할 것으로 판단된다.

3.1.3. 폐 LCD유리의 미분화에 미치는 분쇄매체의 영향

폐 LCD유리의 분쇄는 폐 LCD유리에 함유되어 있는 희유금속, 액

정 등의 성분이 미분쇄시에 발생되는 정전기에 영향을 줄 수 있으므

로 볼밀 분쇄시 사용되는 분쇄매체인 볼의 종류에 따라 미분쇄에 영

향을 줄 수 있을 것으로 사료된다. 이에 따라 볼밀 분쇄시 분쇄 미디

어인 볼의 재질을 철재질의 볼을 사용한 경우와 알루미나 재질의 볼

로 사용된 두 경우에 대해 그 영향을 조사하였다. Figure 6은 이를

위해 평균 직경 1 cm의 크기로 파쇄한 폐 LCD유리 500 g씩을, 분쇄

메디아로서 직경 2, 3 cm의 철 재질 볼과 알루미나 재질의 볼을 각

각 5 kg장입한 3.2 L 용량에 볼밀의 각각 넣고 43∼45 rpm의 속도

1∼3 h씩 분쇄하고 이를 각각 체가름을 통해서 얻어진 분쇄물의 입

도 분석 결과이다. Figure 6에서 볼 수 있는 바와 같이 조사된 모든

조건에서 철재질의 볼 보다 알루미나 볼을 분쇄메디아로 사용하는

경우가 폐 LCD유리의 미분쇄에 더 효율적임을 알 수 있었다. 또한

볼의 크기가 작고 단위 중량도 작은 2 cm의 경우가 3 cm의 경우 보

다 더 미분효율이 높은 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 폐 LCD

의 미분화에 있어 입자분쇄를 위해 볼과 볼 사이 가격하는 힘보다는

볼과 볼의 충돌빈도수가 미분화에 더욱 큰 영향을 주고 있음을 보여

주는 결과이다. 일반적으로 세라믹 소재의 경우 미분의 정도가 커질

수록 정전기의 발생이 증대되어 미분화에 좋지 않은 영향을 줄 수도

있으나, 폐 LCD의 미분화는 장시간 분쇄에 따른 정전기 발생으로

인한 저해 영향보다, 분쇄 시간이 길어질수록 미분화의 효율은 높아

지는 것으로 나타났다. 따라서 볼밀의 분쇄 미디어로서 알루미나 볼

을 사용하여 조사된 본 실험의 조건하에서는 3 h 미분쇄하면 발포화

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199폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정

Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, 2012

Figure 6. Particle size distribution of pulverized waste LCD glass

according to the kind of milling media.

ComponentComposition (wt.% ) from waste LCD Pannel (A or B type) Waste glass as residue

from recycling

(C type)

Waste glass from feed glass

for LCD Pannel

(D type, waste bare glass)Results (%) in this study A comp’s MSDS B comp’s MSDS

SiO2 64.4 < 30 as Si < 30 as Si < 64 64.3∼65.6

Na2O 0.47 0.01∼0.1

K2O 0.56

CaO 4.83 < 10 as Ca < 10 as Ca < 4.83 6.1∼9.3

MgO 1.32

Al2O3 16.2 < 10 as Al < 10 as Al <16 17.3∼18.7

Fe2O3 0.011 < 0.011

BaO 6.32 0.54

B2O3 3.41 < 10 as Bo < 10 as Bo < 10 < 10

TiO2 0.03 -

SrO2 1.53 5.1∼6.9

SnO2 0.213 - 0.14∼0.25

MoO3 0.016

In2O3 0.021 - -

As2O3 - < 1 a As < 0.63

Table 1. Chemical Analysis of the Various Waste LCD Glass in this Study

공정을 가능하게 하는 -200 mesh의 크기로 100% 분쇄에 이를 수 있

을 것이다.

3.2. 폐 LCD 유리 시료의 화학조성

유리에서 화학적 조성은 내구성을 비롯하여 유리의 연화점, 점성,

열팽창계수 등의 직접적인 근원이 될 뿐 만 아니라, 이는 유리의 발

포화 공정에서도 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 요소이다

[22]. 그러므로 유리의 조성 변화는 곧 바로 발포공정에 요구되는 공

정 변수의 변화와 조절이 요구된다. 현재 국내에서 폐 LCD유리가

발생될 수 있는 곳은 지극히 제한되어 있고 거의 유사한 조성이 유

지되고 있으므로 폐 LCD유리 자체의 화학적 조성은 큰 차이가 없을

것으로 판단된다. 그러나 발생되는 폐 LCD의 재활용을 위한 단계에

서 LCD유리 그 자체는 변하지 않으나 전체적으로는 약간의 변화를

동반하게 되므로 이에 대한 화학적 검토가 필요하다. 앞서 설명한

바와 같이 현재 폐 LCD유리의 재활용과 관련하여 발생될 수 있는

폐 LCD유리의 형태는 TV, 컴퓨터 모니터로 사용된 후 폐기되는 경

우 발생분(A type), LCD판넬의 제조공정에서 발생되는 공정폐기물

형태의 발생분(B type), 그리고 이들이 재활용되는 경우 유가성분을

회수한 후에 잔존 슬러지 형태의 발생분(C type), 그리고 LCD판넬을

제조하기 위한 원료용 유리제조공장에서 발생되는 폐 유리기판(D

type) 등 4가지 형태의 폐 LCD유리가 발생가능하다.

Table 1은 이들에 대한 주요성분을 산화물 형태로 분석한 결과이

다. A type 및 B type의 폐 LCD유리는 제조사에 따라 그 조성이

약간의 차이는 있을 수 있으나 거의 유사한 화학적 특성을 지니고

있을 것이다. 이들 A type 또는 B type의 폐 LCD유리의 화학적 조성

과 그 특성이 발포화에 미치는 영향에 대해서는 전보[5,22]에 상술

한 바 있다. 그러나 C type 또는 D type의 폐 LCD유리는 A type 및

B type 폐 LCD유리의 발포화 공정이나 그 반응 현상과는 차이가 있

을 것이다. C type 또는 D type 폐 LCD유리의 경우는, 기본 구성 성

분들이 Table 1의 성분 분석표에 제시한 바와 같이 A type 또는 B

type 폐 LCD유리와 유사할 수 있으나, D type는 LCD판넬의 제조를

위한 유리기판이며, C type는 인듐, 주석 등 주요 유가금속성분의 회

수를 위해 산 침출 및 세척된 상태이므로 A type 및 B type에 존재하

는 유기물인 액정 성분이 없으며, 금속성분으로서는 인듐이나 주석

성분 등이 존재치 않는다. 그러므로 C type 또는 D type 형의 폐

LCD유리들을 발포공정의 원료로 사용하는 경우, 유리자체의 구성

성분으로서는 A type 또는 B type 폐 LCD유리와 차이가 나지 않을

것이다. 그러나 C type 또는 D type 폐 LCD유리에는 우선적으로 A

type 또는 B type 폐 LCD유리에 존재하는 유기물인 액정 성분이 상

대적으로 적으며 이로 인해 C type 또는 D type의 폐 LCD유리들은

A type 또는 B type의 경우에 적용 가능한 발포제의 조성으로서는

그 발포화가 용이하지 않을 것으로 예측된다. 그 이유는 A type 또

는 B type에 존재하는 유기물인 액정성분은 발포화가 진행되는 고

온 영역에서 탄화되어 이들은 또 하나의 발포제로서의 기능을 발현

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200 이철태⋅박태문⋅김정민

공업화학, 제 23 권 제 2 호, 2012

Figure 7. Leaching of Indium and Tin from the waste LCD glass.

B type waste LCD glass

C type waste LCD glass

Figure 8. SEM observation of B type waste LCD glass, and C type

waste LCD glass.

할 수 있기 때문이다. 따라서 폐 LCD 판넬에 존재하는 유가물의 회

수가 중시되는 오늘날의 재활용 공정에서는 발생되는 폐 LCD는 C

type 또는 D type의 폐 유리질이며, 이 폐 유리질의 재활용의 방안으

로서 발포화 공정을 진행하는 경우는 A type 폐 LCD유리 또는 B

type 폐 LCD유리의 경우와는 다른 별도의 발포조제의 선정을 우선

적으로 고려해야 할 것이다.

3.2.1. 유가물 침출 회수 후 폐 LCD유리의 준비

폐 LCD판넬로부터 인듐, 주석 등 유가금속 성분의 회수는 폐

LCD 유리의 재활용관점에서는 필연적인 공정이 되며 발생되는 폐

유리는 C type의 폐 유리질인바, 이들을 대상으로 발포화를 위해 폐

LCD유리로부터 산으로부터 인듐 또는 주석을 회수한 후 C type의

폐 LCD 유리질을 준비하여야 한다. 본 실험에서는 폐 LCD유리로부

터 인듐회수에 관 연구[6]의 결과를 참조하여, 인듐과 주석을 최대

한 용출시키기 위해 -200 mesh로 분쇄된 B type의 폐 LCD유리분말

100 g에 묽은 염산(1 : 1) 200 g을 넣고 30 min, 1, 2, 4, 6, 8 h씩 교반

시켰다. 이 때 온도는 80 ℃이고 교반속도는 800 rpm이다. 일정시간

침출 반응 후 여액과 잔사를 분리한 후 여액에 대한 ICP분석을 통해

용액 내의 인듐과 주석의 함량을 측정하여 가급적 In 및 Sn이 잔존

하지 않은 침출조건을 조사한 다음, 이 조건을 적용하여 C type 폐

LCD 유리질을 준비하였다. Figure 7은 C type 폐 LCD유리의 준비를

위해 B type 폐 LCD유리로부터 인듐 및 주석을 침출한 결과이다.

Figure 7에 나타낸 바와 같이 인듐과 주석 성분의 철저한 침출을 위

해 침출반응시간을 8 h까지 조사하였으나 침출반응시간 4 h이면 인

듐 및 주석의 침출율은 향량에 이르는 것으로 나타났다. 그러므로

실제 폐 LCD 판넬로부터 유가성분의 회수를 위해 이러한 침출 조건

을 적용하는 경우, 인듐 및 주석이 침출 회수되고 남게 되는 침출잔

사는 인듐 또는 주석을 거의 함유하지 않은 상태가 될 것이며, 이것

이 C type 폐 LCD유리가 될 것이다. 따라서 본 연구에서도 이러한

침출조건을 적용하여 여과한 후 잔사를 얻은 다음 이를 중화하여 발

포화 공정에 적용을 위한 시료로 사용하였다. 한편, 침출 후 여과공

정을 통해 얻어진 여액 중의 인듐 및 주석 성분은 용매추출 공정에

의해 효과적으로 분리 회수되었으나 연구 내용의 성격상 본 연구의

범위에서 제외하였으며 별도의 보문에 소개하고자 한다.

3.2.2. 잔존 폐 LCD유리의 화학적 조성

Table 2는 B type 폐 LCD유리를 대상으로 앞서의 염산에 의한 침

출조건을 적용하여 인듐, 주석 등의 희유금속 성분을 회수하고 잔사

를 얻은 다음 이를 NaOH로 중화, 세척한 후 얻어지는 C type 폐

LCD유리에 대한 화학적 구성성분을 산 침출전의 B type 폐 LCD유

Table 2. The Chemical Composition of the LCD Glass Before and

After Leaching

Components Si O Al Ca C Mg Sn In

Before leaching

Wt (%)23.77 60.79 7.22 3.58 3.45 0.68 0.41 0.10

After leaching

Wt (%)26.54 52.72 6.02 4.59 1.78 - 0.01 -

리경우과 함께 EDX로 분석한 결과이다. 그리고 Figure 8은 산 침출

전후의 폐 LCD유리질의 입상 형상을 SEM으로 분석한 것이다. 산

침출전의 B type 폐 LCD유리에는 인듐이 0.1 wt%, 주석이 0.41 wt%

존재하였으나 산침출 후에의 C type 폐 LCD유리에는 인듐이 전혀

검출되지 않고 주석은 극소량 잔존하는 것으로 확인되었다. 그러므

로 상기의 침출조건하에 폐 LCD에 함유된 인듐, 주석 등의 희유금

속 금속은 거의 전량 침출 회수되어진 것으로 판단된다. 그리고 또

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201폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정

Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, 2012

Figure 9. Particle size distribution of various carbon materials.

한 예상할 수 있는 바와 같이 탄소분의 함량이 감소됨을 알 수 있다.

B type 및 C type 폐 LCD유리의 조성 변화는 이들의 표면에 대한

SEM 사진을 통해서도 관찰이 될 수 있다. Figure 8에서 볼 수 있듯

이 B type 폐 LCD유리의 표면에 존재하던 많은 물질들이 C type 폐

LCD유리에서는 없어진 것을 확인할 수 있다. 따라서 이러한 조성상

의 변화는 A type 또는 B type 폐 LCD유리와 C type 또는 D type

폐 LCD 유리질의 발포화 공정에 대해 발포조제를 비롯한 반응변수

의 영향이 각각 달라질 수 있음을 나타낸다.

3.3. 발포화 공정에의 적용

폐 LCD유리를 발포유리제조용 원료로서 사용가능 여부를 조사한

전보[5]의 연구에서는 B type 폐 LCD유리를 대상으로 시행착오적인

방법에 의해 괴상의 발포유리 제조시험을 수행하였다. 그 결과 제조

된 발포체는 괴상체 전체에 걸쳐 기공조직이 균일하지 못하였으며

국부적인 과발포현상이 발생하는 등 양질의 발포체를 얻을 수 없었

다. 이러한 불량 발포체의 발생의 제일차적인 원인은 발포제의 선택

이 적절하지 못함에 있다. 따라서 본 연구에서는 폐 LCD유리의 발

포화를 위한 적절한 발포조제를 선정하고자 하였다.

3.3.1. 탄소 발포조제의 선정

유리질을 소재로 하는 무기질 다포체의 제조에 있어 탄소는 가장

기본적인 발포조제이다. 그러므로 효과적인 발포화를 위한 주요요

건의 하나는 발포조제인 탄소의 선정과 그 첨가량의 결정이다[22,

23]. 그러나 탄소의 종류는 매우 다양하고 다양한 만큼 그 물성도 각

각 다르다. 발포공정에서 탄소재의 물성과 가장 관계가 깊은 것은

탄소의 반응성이다. 즉 탄소가 반응을 하는 온도 범위가 매우 중요

하다. 탄소재는 유리질이 연화상태에 이르기 전까지는 안정적으로

존재해야 하며 연화상태에 이른 후 발포반응을 유발시켜야 하는 것

이다. 또한 유리질이 연화상태에 이르기 전에 낮은 온도에서 반응성

이 있는 탄소의 경우는 미리 반응이 진행되어 발포화가 이루어 질

수 없게 되는 것이다.

본 연구에서는 폐 LCD유리의 발포화를 위해 가능성있는 탄소질

발포제로서 coke계, anthracite계, soot계, graphite계, 그리고 탄화규소

(SiC)이다. 사용된 5가지의 발포제 중, (a) 천연 흑연(Natural Graph-

ite), (b) Lonza KS-6는 흑연계이며, (c) Russian Carbon Black, (d) KJ-

Black, (e) DYC (동양제철화학)-Black는 soot계이다. 이들 5가지의

탄소재를 대상으로 이들 중 폐 LCD 유리의 발포화에 적절한 발포제

를 찾고자 하였다.

3.3.1.1. 발포조제 탄소재의 입도

탄소발포제는 그들이 갖는 화학적 물성도 중요하지만 물리적 특

성 또한 중요하다. 그중의 하나는 탄소질 자체의 입도이다. 이는 원

료유리상에서 균일 혼합성을 좌우하는 물리적 성질로서 발포화에

그 영향이 작지 않다. Figure 9는 사용된 이들 탄소발포제들의 입도

분포이다. 본 연구에서는 이들 탄소재의 입도에 따른 영향성을 가급

적 배제하고자 공히 150 mesh (104 µm) 이하의 크기를 갖도록 하였

으며 KJ-Black을 제외하고는 -325 mesh의 크기 구성된 입자 분포를

갖고 있다. 이들 중 Russian Carbon Black은 가장 작은 입도 분포를

나타내었다. 발포화 공정에 사용된 폐 LCD유리의 입도를 -200 mesh

의 수준으로 사용할 것인바 이들 발포제 탄소입자와 폐 LCD유리 분

말의 혼합은 잘 이루어질 것으로 사료된다.

Table 3. Particle Size Distribution of A Type Waste LCD Glass and

C Type Waste LCD Glass

Mesh size -140+170 -170+200 -200+270 -270+325 -325 total

A type 2.7 2.9 7.6 6.8 79.1 99.1

C type 2.1 3.1 6.8 10.1 76.7 98.8

3.3.1.2. 탄소재의 열분석 특성

발포제 탄소는 발포반응 기구[22]에 설명한 바와 같이 탄소재의

산화반응이 유리의 변화점보다 아주 낮거나 또는 높을 경우 양호한

기포형성을 기대하기 어렵다. 다음의 Figure 10은 이러한 기준 하에

대상으로 선정한 5가지의 탄소재를 공기기류 중에서 열분석한 결과

이다. 이때의 승온 속도는 5∼10 ℃/min이며 공기의 유속은 60

ml/min로 정하였다. Figure 10에서 볼 수 있는 바와 같이 비결정성의

KJ- Black, R-Carbon Black, DYC Black는 각각 546, 595, 603 ℃에서

분해가 시작되어 605, 707, 767 ℃에서 20∼30%의 잔존 중량을 유지

한 상태에서 향량에 이르고 있다. 결정성인 Lonza KS-6, 천연흑연은

각각 610, 650 ℃ 정도에서 분해되기 시작하여 Lonza KS-6의 경우

815 ℃에서 거의 모두 분해된 상태에 이르고 Natural Graphite의 경

우는 900 ℃ 이상에서도 잔존하고 있는 상태에서 그 분해가 계속됨

을 나타내었다. 이러한 결과로 볼 때 본 연구에서 대상으로 하는

LCD 유리의 연화점이 높은 점을 고려하여 비결정성 탄소재로서는

DYC Black이, 결정성으로서는 천연 흑연이 적절한 것으로 보이며,

경제성의 측면에서 결정성인 천연 흑연을 사용하는 것이 더 바람직

할 것으로 판단된다.

3.3.2. 발포 소성을 통한 검토

탄소재 발포조제로서 천연 흑연을 선정하여 A type 폐 LCD유리

와 유기물인 액정 등이 제거된 C type 폐 LCD유리의 발포상태를 조

사하였다. 이를 위해서 시료의 준비 과정에서 설명한 바와 같이 시

료의 입도는 Table 3에 나타낸 바와 같이 두 경우 공히 -325 mesh가

75∼80 wt% 되게 조절하여 준비하였다. 여기에 탄소계 발포조제인

천연흑연을 -325 mesh로 분쇄한 것을 0.3, 0.5, 0.7 및 1.0 wt% 되게

각각 첨가하여 충분히 잘 혼합하고 이것을 100 × 100 × 50 mm 크기

의 뚜껑이 있는 거푸집에 담는다. 원료혼합물을 담은 거푸집을 600

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202 이철태⋅박태문⋅김정민

공업화학, 제 23 권 제 2 호, 2012

Figure 10. Thermal Analysis of various carbon materials as foaming

agent.

Figure 11. Density and porosity of foamed body according to the

amount of carbon added.

Figure 12. Photography of surface pore of foamed body according to the amount of carbon added.

℃에서 30 min간 예열한 다음 이를 바로 1050 ℃에서 20 min간 발포

시킨 다음 다시 500 ℃로 급냉하고 이후 이를 실온까지 서냉하여 괴

상의 발포유리 블록을 제조한다. Figure 11은 이렇게 얻어진 괴상의

발포유리블럭에 대한 밀도 및 기공률을 측정한 결과이며, Figure 12

는 각 조건에서 얻어진 발포체의 기공상태를 조사하기 위한 발포체

의 단면 사진이다.

Figure 11에서 살펴보면 A type의 폐 LCD의 경우 발포제 탄소로

사용한 천연흑연량이 0.3∼1.0 wt%로 변하여도 얻어진 발포체의 밀

도는 약 0.2 g/cm3의 수준으로 큰 변화가 없이 나타났으나, C type

폐 LCD유리질을 발포시킨 경우에 발포체의 밀도는 탄소량 0.5∼1.0

wt%를 가한 경우는 A type 폐 LCD유리의 경우와 비슷하지만 0.3

wt% 조건의 경우는 그 밀도가 0.6 g/cm3을 상회하는 결과를 나타내

었다. 이는 예상한 바와 같이 C type 폐 LCD는 A type 폐 LCD유리

를 산침출하여 유가물인 인듐, 주석 등 유가물을 회수한 후 남게 되

는 잔류물이며 산침출하는 과정에서, 발포 반응중 발포조제로 작용

될 수 있는 유기물인 액정 등이 같이 제거되기 때문으로 사료된다.

발포체의 밀도가 낮을수록 발포체의 다공율은 증가되는 경향성을

가지므로 발포제 탄소량의 변화에 따라 밀도와 다공율이 전체적으

로 일치되는 경향성을 나타내었다. 그러나 A type 폐 LCD유리로부

터 얻어지는 발포체의 경우 발포조제 탄소량이 0.7 wt%의 조건에서

는 그러한 경향성에서 벗어난 현상을 나타내었다. 이러한 이유는 발

포체 내의 기공분포가 균일하지 않은 탓으로 부분적인 과발포가 나

타나는 반면 부분적으로는 발포화가 불량한 탓으로 시료채취의 신

뢰도가 떨어지기 때문으로 사료된다. 결과적으로는 양질의 발포화

가 진행되지 못한 결과라고 볼 수 있다. 이러한 불균일한 발포는 발

포조제의 보완에 의해 해소될 수 있으며 향후 이의 연구가 추진될

것이다. 그러나 C type 폐 LCD 유리질을 원료로 사용한 발포화의

경우 발포제의 부족으로 인한 발포화가 미진하였을 뿐 전체적으로

그러한 현상은 나타나지 않았다. Figure 12에 나타난 발포체의 단면

사진에서 볼 수 있듯이 발포체 내의 기공의 균일성에 차이는 있으

나, 조사된 전체조건에서 폐 LCD유리의 발포는 유리의 성상에 관계

없이 발포화가 잘 진행되었음을 알 수 있다.

그러므로 폐 LCD판넬의 전체 재활용의 목적으로 폐 LCD판넬 유

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203폐 LCD판넬의 유가성분 회수를 위한 폐 LCD유리의 발포공정

Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, 2012

리로부터 인듐, 주석 등 유가물질의 회수를 위한 산 침출 공정 후,

그 잔류 폐기물로서 얻어지는 폐 LCD유리질도 발포체의 원료로서

충분히 사용가능함을 알 수 있다.

4. 결 론

1) 1150 ℃의 고융점을 갖는 TFT-LCD유리이나 미분쇄공정을 통

해 발포화가 가능한 -200 mesh의 입자크기로 미분쇄가 가능하다.

2) 볼밀 분쇄공정에 있어 분쇄메디아는 철 재질의 볼보다는 알루

미나 재질의 볼이 미분쇄에 보다 효과적이다.

3) LCD유리의 미분쇄의 경우 분쇄메디아의 충격힘에 의한 영향

보다 충돌빈도가 미분쇄에 보다 효과적이다.

4) LCD유리의 발포를 위한 발포조제는 비결정으로는 발포화가

진행될 조건에서 잔존시간이 긴 soot계의 DYC Black, 결정성으로서

는 고융점을 갖는 천연흑연이 가장 적절하다.

5) 폐 LCD유리로부터 인듐 또는 주석의 회수가 가능하며, 유가금

속이 회수된 잔사 형태의 폐 유리질도 발포체의 제조를 위한 원료로

사용될 수 있다.

감 사

본 연구는 폐금속․유용자원재활용기술개발사업단의 연구비지원

에 의해 이루어진 연구 결과임을 밝히며 지원에 감사드립니다.

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