Recycling Technology for End-of-Life LCD Units

(1)

DOI: 10.4150/KPMI.2010.17.2.088

사용 후 LCD 제품의 희소금속 재자원화 기술 동향

이희민·홍현선*·정항철·강홍윤^a·홍순직^b 고등기술연구원플랜트엔지니어링센터

,

a한국생산기술연구원 국가청정생산지원센터

,

^b공주대학교신소재공학부및 희소금속연구소

Recycling Technology for End-of-Life LCD Units

Hi Min Lee, Hyun Seon Hong*, Hang Chul Jung, Hong-Yoon Kang^a, and Soon-Jik Hong^b Plant Engineering Center, Institute for Advanced Engineering (IAE), Yongin 449-863, Korea

aKorea National Cleaner Production Center, KITECH, Seoul 135-918, Korea

bDivision of Advanced Materials Engineering & Institute for Rare Metals, Kongju National University, Cheonan 330-717, Korea

1. 서 론

현대 산업사회가 고도의 정보화 시대로발전함에 따라다양한정보를전달하기위한매체로서전자디 스플레이의 중요성은나날이 증대되고있다

.

^국내에

서도고도영상매체에대한급속한수요증대와관련 기술의 발달로 인해

,

^현재 ^{디스플레이} ^산업은 ^국가

성장동력 산업의 하나로 세계시장 점유율

1

^위를^차

지하고 있는 분야이다

.

^흑백

CRT(cathode-ray tube)

로 시작된

1

^세대 ^{디스플레이} ^산업은

LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel), OLED (organic light emitting diodes)

등이 등장하면서

2

세 대 평판 디스플레이

(FPD: flat panel display)

^로의

재편이이루어지고있는상황이며

,

^향후에는

3

^세대^디

스플레이로서 플렉시블디스플레이

(flexible display)

와

4

세대

3D

디스플레이로발전해나갈전망이다

[1-3].

특히

, LCD

^는 ^고체와 ^액체의 ^{중간상태인} ^액정

(liquid crystal)

의 상태변화를 이용하여 정보를 표시

하는 디스플레이 장치로서

,

휴대폰

, MP3

플레이어

,

카 네비게이션시스템등 소형 제품에서부터 모니터

,

노트북

,

대화면

TV

등중대형제품에이르기까지다 양한분야에 사용되면서현재디스플레이산업의중

추로자리잡고 있다

.

또한

,

노트북수요증대

, CRT

에

서

LCD

모니터로의 교체 확대

,

그리고 대형모니터

수요증가 등으로인한

LCD

^제품의^사용량은 ^지속

적으로증가할것으로보이며

,

^이와^병행하여^앞으로

많은 양의 사용 후

LCD

^제품이 ^발생될 ^것으로 ^예

상되고 있다

.

^현재

LCD

^제품과^관련하여 ^국내에서

발생하는폐기물에대한체계적인현황통계는 거의 전무한실정이나

,

^기존^국내^사용량과

5~6

^년의^수명

을가지는

LCD

^제품의^특성을^고려하면 ^그림

1

^에서

와 같이

2010

^년 ^이후에는 ^약

200

^만대 ^이상의 ^사용

후

LCD TV/

모니터가 발생될것으로 추산할수 있

다

[4-5].

우리나라는 디스플레이 제품에 대해 세계 최고기 술을보유하고있고세계최대공급국임에도불구하

고

, LCD

제품에대한 재활용 기술및 인프라 미비

로인해플라스틱케이스와금속프레임등의일부부 품을제외하고는대부분폐기물로처리되고있다

.

이

렇게 폐기되고 있는

LCD

제품에는

CCFL(cold

cathod fluorescent lamp)

^내에 ^존재하는 ^수은과 ^패

널의 액정

(liquid crystal)

등 인체및 환경유해물질 들을함유하고있을뿐만아니라

,

유리

,

플라스틱

,

희 소금속등과같은유효자원들도 포함되어있다

.

따라

서 사용후

LCD

제품에대한단순소각·매립은귀

중한자원의낭비일뿐만아니라

,

환경적부담을 발 생시킬 수 있기때문에 이에대한 적절한처리대책

이 시급하게요구되고있다

[6-8].

*Corresponding Author : [Tel : +82-31-330-7481; E-mail : [email protected]]

(2)

사용 후 LCD 제품의 희소금속 재자원화 기술 동향 89

이에 본고에서는 재활용 대상으로서 사용 후 LCD 제품의 재자원화 가치 및 재활용 현황을 살펴보고, 국내·외 LCD 재활용 기술 동향과 향후 전망에 대 해 요약 소개하고자 한다.

2. LCD 재활용 현황 2.1. LCD 구성요소 및 재활용 대상

LCD 모듈은 크게 LCD 패널, 구동회로 유닛(DCU:

driving circuit unit), 백라이트 유닛(BLU: Back Light Unit) 등으로 이루어져 있다. LCD 패널은 구 동회로 유닛에서 입력된 신호에 따라 BLU에서 나오 는 빛을 제어하여 컬러 영상을 표현하게 되며 유리 기판, 액정, ITO 전극물질, 컬러필터, 편광필름 등으 로 구성된다. 구동회로 유닛은 LCD 패널에 글자나 이미지 등 영상이 표시될 수 있도록 전기신호를 보 내주는 역할을 담당하며, LCD Driver IC, 인쇄회로 기판(PCB) 등으로 구성된다. 한편, LCD는 PDP, OLED와는 다르게 그 자체가 비발광형이기 때문에 외부의 광원을 필요로 하는데, 이렇게 LCD 패널부 에 밝기가 균일한 평면광을 비추는 역할을 하는 부 품을 백라이트 유닛이라고 한다. 백라이트 유닛은 램 프(광원), 도광판(light guide plate), 반사판(reflector sheet), 확산판(diffuser sheet), 프리즘시트 등의 부품 으로 구성된다[4, 9].

LCD 제품을 재활용 대상으로 고려할 경우에는 상 기의 LCD 모듈 이외에도 케이스, 프레임/섀시 등의 부품요소가 포함될 수 있다. 그림 2는 해체/분리된 LCD 모니터의 주요 부품 모식도를 나타내고 있으며, 표 1은 이때의 각 부품별 구성성분을 나타내고 있다.

해체된 LCD 모니터의 대체적인 성분별 무게비는 금 속; 34%, 플라스틱; 51%, 유리; 8%, PCB; 6%로

Fig. 1. Estimated volume of LCDs entering end-of life stage in Korea.

Fig. 2. Components of LCD monitor.

(3)

구성되어 있으며

,

이밖에도

ITO(indium tin oxide),

액정물질

, CCFL

등이

1%

미만의비율을차지하고있

다

. LCD

모니터는 회사별로다를뿐아니라 생산시

기에따라서도부품의 구성과함량이 달라지기때문 에 위의 성분별무게비는 변할 수 있다

.

특히

LCD

모니터에 대하여

1%

미만의 구성비를 차지하고 있

는

ITO

전극 및

CCFL

의 경우 인듐

,

희토류 등의

희소금속을 함유하고 있기 때문에 국가 전략적으로 도 반드시재활용되어야 하는부분이다

[5, 10].

2.2. LCD 재활용처리현황

현재 국내에서 사용 후

LCD

제품의 처리과정은

기존의

CRT

와 같은 방법으로 주로 수작업에 의한 각 모듈별 분해 과정을 거쳐

,

그림

3

에서와 같이

Case, Frame/Chassis, Driving Circuit Unit

등 비교 적재활용이용이한부품은재활용하고

,

재활용기술

력이 미비한

LCD

패널

, BLU

등은 위탁 처리하여

소각하고 있다

.

하지만

,

전량 소각에 의존하고 있는

LCD

패널과

BLU

에는 유리

,

플라스틱뿐만 아니라 전략적희소금속

,

형광체등을함유하고있어천연자

원빈국으로희소금속다소비형산업구조를가지고있 는국내의산업환경에서이들자원에대한재활용및 자원순환기술개발은시급히 요구되고있다

.

전 세계적으로

LCD

를 포함한 전기전자제품들은 유럽연합 폐전기전자제품 처리지침

(WEEE: waste electrical and electronic equipment)

규제와 더불어 재활용을강조하고있으며

,

이에따르면소비자에의 해 사용된후 소각·매립되지 않은전기전자제품들 을 생산자로 하여금 일정한비율로회수 및 재활용 하도록 의무화하여 이를 준수하는 기업의제품만이

EU

지역내에서판매가가능하도록규정하고있다

.

따

라서

LCD

패널을 소각시켜 폐기할 경우 폐기되는

LCD

유리의비중이너무높아져서

WEEE

의의무회수

율

75%

이상

,

생산자 책임 활용제도

(EPR: extended producer responsibility)

법적 재활용율

65%

이상이 되어야한다는규정을준수하기 어렵게되기때문에

,

제품 생산 업체나국가 경쟁력강화를위해서도 효

과적인 사용 후

LCD

제품 재활용 기술의 개발은

전략적으로매우중요하다

[11].

2.3. LCD 재활용가치 분석

LCD

를비롯한폐가전제품들의재활용은제품의종 류

,

사이즈

,

디자인등이각기다르기때문에기계적인 자동화공정이어려운실정이다

.

따라서수선에의한 해체및분리가이루어지고

,

이후물리적전처리

(

하소

/

연소

,

전단

,

절단

/

분쇄

,

분급

,

자력

/

와전류

/

정전선별

)

와 농축및정련

(

건식및습식제련

)

으로이루어지는것이 일반적이다

[12].

현재국내에서이러한공정을통하여

재활용될 수있는

LCD

모니터

/TV

의플라스틱

,

범용

금속

,

전선류에대한재자원화가치분석에의하면

,

대 당경제적가치는

LCD

모니터약

1,200

원

, LCD TV

약

3,700

원가량으로보고되고있다

[13].

한편

,

기술이미흡하여현재재활용이전혀이루어

지지 않고있는

LCD

패널 및

BLU

에는

LCD

제품

에대하여 적은구성비를가짐에도불구하고내부에 고가의 유용한자원이다수포함되어있다

.

인듐

,

형 광체와같은전략적희소금속이그대표적인 예이며

,

이들 유효자원에 대한 재활용 기술개발이 이루어질 경우

,

이를통하여얻어지게되는재자원화의가치총 액은 표

2

에서와같이 다소 높아지게 된다

.

유리의

경우

LCD

패널 유리로의재사용또는 발포유리적

용 등의고부가가치화 방안이 모색될수 있으나

,

우

Table 1. Major components and materials of LCD

Major

components Key materials

Case Plastic (PC, ABS)

Frame/Chassis SUS, Al, Fe, Plastic (PC, ABS)

LCD Panel Liquid crystal, Glass, ITO, Organic materials PCBs/wires Au, Ag, Cu, Ta, Ni, Resins, Glass fibers Optical sheets Organic material (PET, PMMA, PC, etc.) CCFL Hg, Mo, Ni, Y2O3, Tb, Eu

Light guide Acrylic resin

Other resins Organic material (Composite materials)

Fig. 3. LCD recycling status in Korea.

(4)

사용 후

LCD

^제품의 ^희소금속 ^재자원화 ^기술 ^동향

91

선적으로 일반 폐유리의 시세를 적용하였으며, 투명 전극 물질에 함유되어 있는 인듐 금속의 경우 LCD 패널 면적당 함유량을 고려하여 인듐의 현 시세를 적 용하여 가치총액을 산출하였다. 이밖에 형광체와 PCB의 재활용에 대해서는 그 단가가 유동적이라 총 액에 합산되지 않았으며, 이를 포함할 경우 경제적 가치는 더욱 상승할 것이다. 특히, 형광체의 경우 모니 터와 TV에 적용되는 형광램프의 내경, 개수 등의 차 이로 인해 모니터 보다는 TV에서 가치 상승률이 더욱 크게 작용할 것으로 예상된다[8, 14]. 한편, 액정(LC)의 경우 배향막의 강한 부착력으로 인해 액정 추출량이 극소에 불과하고, 재활용을 통하여 수백여 종류의 조 성을 가지고 있는 액정의 조성별 분류가 현실적으로 어려워 재활용 보다는 새로이 제조하는 쪽이 비용 측 면에서 더욱 경제적일 것으로 보고되고 있다[14].

일반적으로 전자제품들은 분해 및 재활용 방식에 따라 재자원화율에 큰 차이가 발생할 수 있다. 특히 LCD 제품의 경우 해체와 물리적 선별에 의해 재활 용이 가능한 단순물질뿐만 아니라, LCD 패널, BLU 등과 같은 복합물질도 많은 구성비를 차지하기 때문 에 단순한 단위 공정에 대한 기술개발을 통해서는 유 가금속을 회수하기가 어렵고 전체공정에 대한 이해 도 어렵게 된다. 따라서 LCD 제품의 재활용을 위한 총체적인 자원회수 및 재자원화 표준기술 개발은 필 수적이며, 이를 통해 앞으로 많은 물량으로 배출될 사용 후 LCD 제품에 대한 효과적인 재활용 및 환 경문제에 대비해야 할 것이다.

3. LCD 재활용 기술 동향

우리나라에서는 현재 사용 후 LCD 제품이 폐기물

로 처리되고 있으며 대부분 소각에 의존하고 있다.

LCD 제품의 구성성분으로 함유되어 있는 유가금속 의 경우 재자원화 기술의 낙후와 폐제품의 물량확 보 문제로 전문적으로 재활용하는 업체가 없는 실 정이다. 외국에서도 사용 후 LCD 제품에 대하여 재활용보다는 환경문제의 해결차원에서 처리하고 있 는 경우가 대부분이었으나, 최근 자원회수 및 재자 원화 측면에서의 재활용 공정을 개발하는 연구들이 선도적으로 이루어지고 있다. 이에 현재 국내에서 재활용이 잘 이루어지지 못하고 있는 LCD 모듈/부 품 소재에 대한 재활용 기술 동향에 대해 살펴보고 자 한다.

3.1. 국내 기술 동향 3.1.1. LCD 유리 재활용

LCD 유리와 같은 유리질 계통의 폐기물들은 자체 가 지니는 물리화학적 특성으로 인해 높은 재활용 가 능성을 지니고 있음에도 불구하고, 현재 경제성을 감 안한 효과적인 재활용 기술의 미흡으로 전량 소각에 의해 처리하고 있다. LCD 제품의 기판 유리 재활용 에 관한 연구는 LCD 패널의 분리, 파쇄, 산세척 등 에 의해 불순물을 제거하여 적정입도의 유리를 재사 용하는 방안[15], 그리고 시멘트가 SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3을 주요성분으로 한다는 점을 감안하여, 시멘트의 원재료와 LCD 폐유리의 혼합비를 조정 설 계 후 시멘트 제조공정에 투입함으로 시멘트 클링커 (clinker)를 제조하는 방안[16] 등이 검토되고 있다.

이밖에도 폐 LCD 유리 분말에 발포제를 첨가하여 일정온도에서 소성시키는 방식으로 단열재용 발포유 리를 제조하는 원료로의 사용 가능성이 제시되고 있 으나, 전체에 걸쳐 기포조직의 균일성이 좋지 못하여

Table 2. Potential economic value of recycled LCD materials

[won/unit]

Components LCD Monitor (17'') LCD TV (42'') Recycling status

Plastic[13] 476 1,417

recycling

Metal[13] 729 2,270

Wire[13] 27 27

Glass 7 43

incineration/landfill

Indium 270 1,655

Fluorescent Not Available Not Available

Liquid Crystal Not Available Not Available

etc (PCB, electrode) Not Available Not Available

Total 1,509+

^α

5,412+

^α

(5)

부분적인과포화가나타나는부분등은아직해결과

제로남아있다

[17].

이처럼

LCD

유리재활용에관한

연구는최근일부업체또는 대학에서기초연구가간 헐적으로이루어지고있으나실용화단계로의접근은 아직까지어려운 상태이다

.

3.1.2.

인듐재활용

국내에서는

LCD

패널의전량폐기·소각으로인 하여 액정패널에형성되어있는투명전극인

ITO

로 부터전략적희소금속인인듐

(In)

자원역시전혀회 수되지못하고있다

.

최근

ITO

폐타겟

, ITO

에칭 폐액 등으로부터 인듐

,

주석 의 분리 및

회수와 관련된 연구들은 진행되고 있으나

[18-21],

LCD

패널로부터인듐 자원의 분리 및 회수와관련 된 연구는 아직까지진행된바가없다

.

인듐은 액정 응용제품인

LCD, PDP,

유기

EL

등의급속한 수요 확대로 인해다량 소요되는 자원 희소성이 매우강 한금속으로

,

기존의인듐함유구성품의폐기로인한 희소금속의소각처분은국가적으로매우큰자원의 손실임에 틀림이 없다

.

따라서 이를 위해서는

LCD

뿐만아니라 전반적인

FPD

에함유된 희소금속소재 의 경제적 회수가 가능한 선택적 분리·분해 기술 및 최적의산침출기술을 개발하는것이선결과제라 할 수있다

.

3.1.3.

형광체재활용

광원역할을하는 주요부품인

BLU

의

CCFL

에서는

RGB

의고휘도 형광체를혼합하여백색발광을얻고

있는데

,

이러한형광체에는

Y(yttrium)

를주원소로하 여

Eu(europium), Tb(terbium)

등의 희소금속이 다

량 함유되어 있다

.

국내의 경우

LCD

제품으로부터

형광체 재활용은기술의부재및경제적인 요인으로 인해현재 전량소각처리되고 있다

.

하지만희소금 속을둘러싼최근의정세로인해형광체의가격도높 아지고

,

공급이 중단될 위기도 완전히 배제할 수는 없기때문에형광체의 재자원화기술은매우중요한 과제로부각되고있다

.

한편

,

형광체가가장많이적용되는조명용형광램

프

(

형광체 시장의약

60%)

의 경우

, EPR

시행 등의

환경보호 정책에따라램프의회수율은높지만

,

회 수형광체의일부는 열화되었거나제품마다형광체 의 혼합비가 차이가 나는등의 문제로인해 성능을 중시하는제품에는거의사용되지못하고있다

.

국내

의

CCFL

을제조하는 메이저기업들은 램프의 제조

중에발생하는공정폐기물을자체재이용하거나

,

오 염도가 높은일부형광체는형광등의 형광물질을재 처리하는업체로보내재활용하고있지만

,

형광체의 회수효율및제품품질의 저하로인해경제성및재 활용범위가제한적이다

.

따라서재이용률을향상시

Fig. 4. Schematic diagram of electrostatic precipitator for separating mixed R-G phosphors.

(6)

사용 후 LCD 제품의 희소금속 재자원화 기술 동향 93

키기 위해서는 원래의 각 색상으로 분별하는 기술이나 열화된 형광체를 분별하는 기술이 필요한 실정이다.

CCFL 제조공정 중에 발생되는 폐 혼합형광체에 대해 유가금속의 회수 및 재사용하는 방법으로는, 산 침출법을 이용하여 형광체 성분 중에서 특정의 유가 금속들을 선택적으로 용해시킨 후 침출된 산용액으 로부터 유가금속을 분리·회수하는 방법[22]과 회수 된 폐 혼합형광체에 대해 볼밀을 사용하여 분산 용 액을 생성시키고 RGB 형광체가 갖는 비중의 차이에 따라 원심분리한 후, 비중이 비슷한 적색(Y2O3:Eu)과 녹색([La,Ce]PO4:Tb)이 혼합된 노란색의 하층에 대해 서는 분체집진기술을 응용한 대전 특성의 차이를 이 용하여 분리·회수함으로 RGB 형광체를 각각 재사 용하는 방법[23] 등이 제안된 바 있다. 그림 4는 코 로나 방전관 및 집진관 등으로 구성된 분체집진장치 의 모식도를 나타내고 있다. 방전관에서 코로나 방전 이 발생되면 이때 통과되는 분체는 전하에 의해 각

각의 대전 특성을 띠게 되고, 집진관의 원통형 전극 관에 음전하를 가함으로써 양전하를 띤 적색 형광체 는 집진관의 원통전극에 달라붙고, 음전하를 띤 녹색 형광체는 통과하게 되어 각각 분리·회수되는 것이 다. 하지만 상기 언급된 기술들은 제조공정 중에 발 생된 형광체를 대상으로 한 재활용 기술들로, 향후 사용 후 LCD 제품의 형광체 재활용을 위해서는 LCD 제품의 단체분리, 전처리, CCFL로부터 수은 안 전처리뿐 아니라 상기의 기 개발 요소들을 적용할 수 있는 통합기술로의 개발이 이루어져야 할 것이다.

3.1.4. 플라스틱 재활용

LCD 제품으로부터 발생되는 플라스틱의 경우 대 부분이 소각처리 되고 일부는 용융시켜 저급 제품으 로 재활용되고 있는 실정이다. LCD TV/모니터/노트 북 중량의 약 40% 이상을 차지하고 있는 플라스틱 류의 회수와 재활용 기술의 확보는 EU의 WEEE 지

Fig. 5. Recycling waste LCD glass into tile material.

(7)

침에대응하여선진국으로의

LCD

제품수출과관련 된 국가경쟁력의 확보와 아주밀접한 관련이 있다

.

또한향후폐기될

LCD

전체제품의상당부분을 플

라스틱이구성하고있으므로이를재활용하는사업이 실용화될가능성은매우높을것으로예상된다

.

3.2. 국외기술 동향

3.2.1. LCD

유리재활용

LCD

패널을 유리의재활용관점에서 볼때

,

회수

된 유리표면의 오염 문제

, LCD

유리에 대해

1000

^o

C

의 용융온도를 갖는

STN LCD

유리

(Super Twisted Nematic LCD)

와

1300

^o

C

의 용융온도를 갖

는 붕규산 유리 조성의

TFT LCD(Thin Film

Transistor LCD)

를 구분하여 회수하는 문제

,

그리고

경제성 있는적절한 처리공정 문제등이 아직 해결 되지못하여 재활용에큰어려움으로나타나고있다

[14, 17].

우리나라보다

LCD

재활용에 대한 연구가일찍이

진행되어 온 일본의 경우

, LCD

패널로부터 액정을

분리한 후

LCD

유리를 분쇄하고

,

유리기판에 형성

된박막을물리

-

화학적방법을이용하여제거하는과

정을거쳐

cullet

형태로회수하여

LCD

유리제조에

부분적으로첨가사용하는방안과

,

고온열분해를통

하여

LCD

패널로부터발생된기상의폐기물을냉각

및 활성탄흡착시킨후유리를 샌드블라스트처리해

유리를 회수하는 공정을 제안한 바 있다

[24-25].

또

한

,

그림

5

에서와 같이

LCD

폐유리를 분쇄한 후

,

wet milling

을 이용하여 첨가물과 배합

,

건조

,

성형

,

소결의 공정를거쳐타일로 제조하거나건축자재대 체품으로재활용하려는 연구도진행되고있다

[26].

유럽은법률적으로전자재료들을매립하는것을허

용하지 않으므로재활용기술에 대한연구가활발히 이루어지고 있다

.

독일의 경우

LCD

유리를 소각로 벽의 부식을 막아주는 라이닝제나 야금공정에 필요 한실리카 또는주물사대체재료로서의활용방안을

제안한바 있으며

, 900~1700

^o

C

온도범위에서 진행

되는 용융공정

,

야금공정

,

소각공정 등의 공정에부 분적인 첨가물이나 대체물로 사용하려는 연구가 진 행되고있다

[27].

한편

,

같은표시장치인

CRT

및 그이외의가전제 품이나 부품에대해서는적절한 재활용방안이 이미 제안되고 있어 일부에서 실시되고 있는 반면

,

현재 국내·외를 비롯하여

LCD

패널유리의 재활용을위 한실용화 처리방안및 공정이확립되어있지않은 상황이다

.

따라서유효자원회수 및 자원순환을 위해 서는 보다 효과적이고 가능성 있는 실용화된

LCD

유리의고부가가치창출방안이필요하다

. 3.2.2.

인듐재활용

최근환경·자원 문제와관련하여 많은국가들에

서 사용후

LCD

제품의처리및 재활용에대한관

심이 높아지고 있는데 반하여

, LCD

구성 부품 중

인듐자원의재활용에관련된부분은유리에비해상 대적으로많은연구가이루어지지않은분야이다

.

컬

러필터 기판과

TFT

기판의 합착공정이 이루어지기

전 단계에서발생한공정상불량품의경우

,

기판상

에형성된 전극물질

(ITO)

을기계적박리또는산에

칭 등을 통하여 분리한 후 이로부터 인듐을회수하 는 단계를거칠수 있으나

,

사용후제품의 경우합 착된 기판 사이에 전극물질이 존재하므로 기판으로 부터전극물질의분리가용이하지가않다

.

따라서패 널로부터 전극물질을 분리하기 위해서는 패널을 구

Fig. 6. Technology to recycle indium from scrap LCD panels.

(8)

사용 후 LCD 제품의 희소금속 재자원화 기술 동향 95

성하는 유리기판의 분리및 파쇄가 전처리공정으 로 이루어지게된다

.

유리 기판의 분리 방법으로는 패널을 이루는 두 기판사이에 온도차를일으켜팽창계수차이에 의해 분리하는 방법

[28]

과 패널을 비도전성의 액체 중에 침지시킨상태에서패널의 양단에설치한 전극에순 간적인 고압전류를 인가함으로 기판 사이에서 발생

된 팽창력에의해 분할하는방법

[29]

등이제안되고

있다

.

이러한기판분리공정을 포함하는 경우인듐 뿐만 아니라유리 기판의재활용율 역시 높아질가 능성이있는반면

,

대량으로발생되는 사용후 제품 들에대한처리방법으로는효율적이지못하다는단 점이 있다

.

따라서 경제성·시간 효율성을 갖는 대 용량처리를위하여

,

그림

6

에서와같이패널의파쇄 를 전처리방법으로채택하고이로부터산을이용한 인듐용액의용출

,

세멘테이션

(cementatin)

·전해회수 등의 단계를갖는 인듐 회수연구들이 주로 이루어 지고있다

[30].

인듐을함유하고있는산 용액에서인듐을추출하 는 기술은 기 개발되어 현재산업적으로 많이 이용 되고 있는반면

,

유리기판에형성되어 있는전극물 질로부터 인듐을용해하는 방법은 아직까지 기술적 인 개발이잘이루어지지않은부분이다

. LCD

패널 로부터 인듐용액의용출공정은최종적으로회수되 는 인듐의 양에 절대적으로 영향을 미치기 때문에

,

분쇄된

cullet

의 입도

,

온도

, pH,

산 용액의종류등 다양한 변수들로부터최적의용출조건을 찾는것이 우선적으로 이루어져야한다

.

사용되는 산용액으로 는 질산

(HNO

3

),

염산

(HCl),

황산

(H

2

SO

4

)

또는 이들 을 혼합조제하여 사용하는경우가많으며

,

특히질 산과 염산의조합과 같이강산과 강한산화력이 있 는 산을 조합하여 사용할경우 인듐의 용해 속도가

증가한다고보고되고있다

[31].

그림

7

은다양한산

용액 조건에따른 인듐의용해 정도를 나타낸 실험 결과이며

,

이에 따르면

HCl:HNO

3

:H

2

O

의 양이

45 :5:50

의 부피비를 갖도록 조제된 산 용액에서

60

^o

C

온도 하에

30

분이 경과하면

,

유리 기판에 형성된

ITO

전극으로부터약

92 wt.%

의인듐이용해되어용 액 내에존재한다고보고되고 있다

[7].

이밖에도

,

열매체 입자가 유동하는 유동층 내에서

LCD

패널유리의융점이하이면서액정화합물을포 함한유기화합물의열분해온도보다높은온도로가

열하여유기화합물을분해제거하고

,

유동층으로부터 배출되는가스에포함되는금속을회수하는방법으로 유기용매를이용하지않는공정도개발되고있다

[32].

LCD

패널로부터 인듐을회수하는 연구는 일찍부

터 사용 후

LCD

제품의 재활용에 관심을 가져온

일본에서가장활발히이루어지고있으며

,

최근들어 유럽

,

미국

,

중국등에서도많은관심을보이고있다

.

하지만 복잡한 처리공정의 단순화 및 경제성 문제

,

그리고처리공정에서부가적으로발생되는유기용매 의회수문제등각각의 요소기술을포괄할수 있는 표준기술로의 해결책은 아직 제시되지 못하고 있는 상황이다

.

3.2.3.

형광체재활용

기존의형광체재활용은대부분폐형광등으로부터

Fig. 7. The effect of indium dissolution within the mixed

acid solutions.

(9)

재활용하는 기술이대부분이며

,

처리공정 중에 발생 하는각 재료별분리 및회수

,

특히 공정중에발생 되는유해물질인수은의 안전한처리기술에중점을 두고 개발되고있다

.

일본및미국 등의선진국에서 는 최근희소금속의중요성이대두됨에따라조명기 기로부터형광체의재활용 기술개발이많이이루어 지고있으나

,

형광체의낮은회수율과분급효율로인 해 경제성이낮고

,

다른형광물질 및유리튜브로부 터의불순물유입등회수된 형광체의낮은품질문 제로인해기술진척도가느려대부분 실용화기술개

발 단계에서어려움을보이고있는상황이다

[33].

일본에서는최근디스플레이로부터형광체를 회수 하기 위하여

,

형광체에 일부 산화물 성분을 첨가해 유리화한 후 산 침출하는 기술과 산 침출용액으로 부터 희토류금속을 추출하는 연구를진행 중에있 다

.

미국및유럽의재활용시스템역시유사한공정 을 택하고 있으며

,

최근개발되고 있는회수기술은 램프내부표면형광층으로부터형광물질이 포함된수 은을건조법에서유기환원제를 혼합·가열하여순수 한 수은 및 형광체를 회수하는 기술을 적용하기 위 하여연구중이다

.

영국의

Recolight

사는형광램프를재활용하기위하

여 직관램프의 경우 램프 끝단 제거

,

형광체 분리

,

유리 및 금속물질 분리

,

수은 회수의 공정을 갖는

End-cut method

를 적용하고 있으며

,

다양한 형상을

갖는램프들에대해서는분쇄후체질

(sifting)

등을통

한금속

,

유리

,

형광물질의 분리 및 수은 회수의공

정을 갖는

Shredder method

를 적용하고 있다

(

그림

8).

이처럼 선진국을중심으로형광램프에 있는혼합 성분으로부터 금속 수은과 형광체를 분리하는 연구 가 진행중에있으나

,

형광체의 재활용 보다는유해 물질인수은의안정화처리에중점을두고연구가이 루어지고있다

.

또한

,

형광체재활용과관련해서는실 험실단위의연구결과들만보고되고있고

,

재활용및 회수기술에대한전체적인공정은 기업의노하우이 기 때문에기술력의확보가어려운실정이다

.

3.2.4.

플라스틱재활용

일본의경우

2001

년

4

월부터발효된가전제품재

활용법에 따라

LCD TV

의 케이스플라스틱 재료를

재활용하는기술을개발중에있으며

,

온실가스저감 대책의 일환으로

closed loop plastic

재활용기술의 개발에착수하였다

.

그림

9

는일본

Sharp

사의플라스

틱 재활용 순환도를 나타내고 있다

[34].

이밖에도

EPR

제도에 의거하여 플라스틱 소재는

ABS, PP,

PC, PS, PE

로 분류하여 세단 및 펠렛화 하고 있으

며

,

금속 소재와 혼합되어 있는 플라스틱의 경우는 제강소의 용광로에서 연소시켜 연료로 처리하고 있

다

.

독일

MERCK

사의 경우

LCD foil

플라스틱을

소각로의 연료로 사용함으로 에너지를 절감하려는 노력이 이루어지고 있으며

,

스페인의 경우

LCD

의 유해물질 감지기술의 개발과함께 플라스틱소재의

Fig. 8. Lamp recycling methods.

(10)

사용 후 LCD 제품의 희소금속 재자원화 기술 동향 97

재활용을 파일럿 플랜트 수준까지 실시 계획 중에 있다.

3.3. 특허 현황

국내·외 특허 현황 분석을 위한 관련 자료조사에 있어 KIPRIS DB 정보원을 이용하여 한국/일본/미국 /유럽 국가를 대상으로 공개/등록된 특허를 수집·분 석하였으며, LCD 제품으로부터 출발한 재활용 관련 기술이 아닌 특허는 제외하는 방식으로 필터링을 하

였다. 분석된 결과를 출원연도별, 출원인국적별, 회수 재원별 특허건수로 각각 분류하여 그림 10에 나타내 었다. 사용 후 LCD 제품 재활용과 관련하여 국내·

외 총 32건의 출원 특허가 검색되었으며, 이 중 4건 이 국내, 28건이 국외에 출원된 것으로 분석되었다.

3.3.1. 국내 현황

상기 분석된 LCD 제품 재활용과 관련하여 국내·

외 총 32건의 특허 중 4건이 국내에 출원되었으며,

Fig. 9. Closed-loop plastic material recycling flow.

Fig. 10. Public license share and the number of license transition in the field of LCD recycling.