폐 전지 재활용 기술

1. 기술개요

전자산업의 발달과 함께 건전지 사용량이 증가하면서 연간 약 10억개(납축전지 제외), 하루 300만개 정도의 건전지가 소비되고 있다. 이러한 건전지는 납축전지와 같이 수용액 상태의 전해액을 사용하는 습전지와 반대되는 개념으로 전해액이 활물질에 흡수되어 젤화되어 있다는 의미에서 사용된 것으로 망간전지와 알칼리전지 등이 이에 해당된다. 전지는 전기화학적 산화환원반응을 통하여 내부에 들어있는 화학물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치를 말하며 한번 쓰고 버리는 1차전지와 재충전이 가능한 2차전지로 나눌 수 있다. 1차전지에는 망간전지, 알칼리전지 이외에 산화은전지, 수은전지, 리튬1차전지 및 공기아연전지등이 있으며 2차전지에는 납축전지, 니켈-카드뮴전지, 리튬이온전지 등이 있다.

우리나라에서는 수은전지와 산화은전지를 예치금 부과대상으로 지정하여 개당 120원, 75원씩을 부과하고 있으며 리튬전지와 니켈카드뮴전지의 경우에는 개당 2원씩의 폐기물부담금을 부과하고 있다. 현재 무수은전지가 시판되고 있는 망간전지와 알칼리 전지는 96년 7월 폐기물 부담금 항목에서 제외되어 현재 일반 쓰레기와 함께 처리되고 있는데 일반 매립이나 소각시 전지내 금속성분과 전해액의 유출과 가스발생으로 인한 환경오염 논란이 증폭되면서 일부 지방자치단체에서 시범화 사업으로 망간전지와 알칼리망간전지의 회수를 시행하고 있다.

한편 이들 폐건전지에는 은, 수은, 리튬, 망간 및 아연 등의 금속이 포함되어 있으므로 폐건전지의 재활용을 통하여 중금속으로 인한 환경오염을 방지하고 유가금속의 회수를 통하여 자원의 효율적 이용을 도모할 수 있다.

<표 1> 1차전지의 종류

전지종류	구성			전압	용도
	양극	전해질	음극
망간건전지	MnO2	NH4Cl, ZnCl2	Zn	1.5 V	라디오, 카세트, 전동완구, 회중전등, 전기면도기
알칼리 망간건전지	MnO2	KOH, ZnO	Zn	1.5 V	녹음기, 카세트, 계산기, 휴대형 전자기기
수은전지	HgO	KOH, NaOH, ZnO	Zn	1.35	시계, 카메라, 계산기, 보청기, 라디오
은전지	Ag2O		Zn	1.4 V
리튬전지	(CFX)n MnO2	LiClO4	Li	2.7 V	시계, 계산기, 측정기기전원, 컴퓨터
공기아연전지	O2	KOH	Zn	1.3 V	보청기, 손목시계, 계산기

<표 2> 2차전지의 종류

전지종류	구성			전압	용도
	양극	전해질	음극
납축전지	PbO2	H2SO4	Pb	2.0 V	자동차 기초전원,잠수함 전원, 전화기용전원
니켈-카드뮴전지	NiOOH	KOH	Cd	1.2 V	전동공구, 휴대형 전자기기, 비상전원
니켈-수소전지	NiOOH	KOH	MH (수소흡장합금)	1.2 V	고가의 휴대용 전자제품, 휴대용 컴퓨터, 휴대형 전화기 전원용
리튬이온전지	LiCoO2	Li-Salt, 유기용액	C	3.6 V	고가의 휴대용 전자제품, 휴대용 컴퓨터, 휴대형 전화기 전원용

가. 국내 전지 수급 현황

매년 10 %이상의 성장률을 보인 국내 건전지 산업은 건전지 수요의 30 %를 차지하던 무선호출기 수요가 크게 줄어든 데다가 장난감을 비롯한 편의품 수요도 함께 줄어들어 99년도는 98년도와 비슷한 2천억원 정도일 것으로 예상되고 있다. 납축전지를 제외한 전지의 총생산량은 약 15,000톤이며 납축전지는 산업용, 차량용을 합쳐 약 500만개(1998년) 이상이 생산되었으며 1998년도의 총매출고는 5,650억원에 달하였다. 표 3은 연도별 일차전지의 종류별 수출입 통계를 나타낸 것으로 보청기에 주로 사용되는 수은전지는 공기아연전지로 대체되고 있고 시계, 계산기 등에 사용되는 리튬전지의 사용량은 꾸준히 증가하고 있다. 리튬이온전지의 시장규모는 98년 현재 약 2,500만개(1,500톤)으로 2,500억원의 매출이 이루어졌으며 연간 20 %의 수요 증가가 예상되어 2001년 수요는 연간 4,000만개 이상일 것으로 예측된다. 1999년 우리나라에 수입된 니켈-카드뮴 전지는 수량으로 약 4,400만개이고 중량으로 약 1,561톤이며 국내에서 생산된 니켈-카드뮴 전지를 포함하면 총 2,000톤의 니켈-카드뮴 전지가 국내에서 판매, 유통되었다.

<표 3> 국내 일차전지의 생산, 수출량           (단위 : 천개)

구 분	1995년	1996년	1997년	1998년
내수량	509,337	481,146	388,675	364,494
생산량	732,350	695,939	637,853	652,992
수출량	227,673	233,059	255,812	286,570

자료 : □광공업 동태조사□, 통계청 경제통계국 산업동향과

<표 4>  일차전지 종류별 수출입 현황  (단위 : kg)

전지별 수출입	□96		□97		□98		□99(1-5)
	수출	수입	수출	수입	수출	수입	수출	수입
망간 건전지	5,342,164	6,142,692	6,590,500	5,667,940	10,690,143	4,409,670	3,341,218	1,956,776
알칼리 건전지	353,793	2,787,973	889,878	3,584,032	938,353	2,858,938	545,510	1,419,200
기타 망간전지	12,205	380,132	49,376	42,540	21,499	8,965		1,869
수은전지	0	2,694	0	4,983	0	498	0	1,068
산화은 전지	5,614	12,933	28	8,980	168	8,443	32	3,254
리튬전지	24,896	182,474	25,625	179,074	24,679	108,340	18,925	73,088
공기아연전지	0	13,909	0	21,841	52	13,956	16	6,396
산화아연전지	0	6,833	3	1,617	2	879	6	1,720
기타일차전지	16,483	122,985	55,682	88,855	67,708	83,560	9,614	43,519
전지 부분품	47,602	50,263	246,764	145,765	227,311	113,004	59,683	62,541

자료 : 한국무역통계

나. 국내 폐건전지 발생 현황 및 전망

폐건전지는 건전지 사용량인 연간 10억개 정도의 양이 배출될 것으로 추정되나 현재는 산화은전지와 수은전지에 대한 자료만이 정리되어 있다.  현재 폐수은전지, 폐산화은전지는 수거업체를 통하여 수거되어 환경관리공단에서 보관하고 있으며 산화은전지의 경우 연간 약 6톤정도가 수거되어 현재 38톤이 처리되었으며 수은전지는 3.5톤이 수거, 보관되어 있다. 산화은전지의 주요용도는 휴대용시계의 전원용으로 휴대전화기 사용이 급증하면서 시계의 사용이 줄어들어 산화은전지의 사용량이 감소되고 있으며 이에 따라 폐산화은전지의 발생량도 감소추세에 있다. 폐리튬이온전지의 경우 연간 약 300-500톤 정도가 발생하고 있으며 폐니켈-카드뮴 폐전지의 발생량은 국내 생산량 500톤, 수입량 1,561톤을 포함하여 총 2,000톤에 달하고 있다. 납축전지의 국내 소비량은 연간 500만개 이상으로 수명을 약 3년정도로 추정하면 1999년도의 폐납축전지 발생량은 차량용 500 - 600만개, 산업용 100만개 이상으로 추정할 수 있다. 납축전지의 평균무게를 약 17 kg으로 산정하면 폐축전지의 연간 발생량은 약 10만톤 정도로 추산된다.

다. 폐전지·처리체계 및 회수 현황

폐전지의 회수 및 재활용을 원활하게 하기 위하여 폐기물 관리법상의 폐기물 예치금제도와 환경부담금제를 도입하고 있다. 우리나라에서는 수은전지와 산화은전지를 예치금 부과대상으로 지정하여 개당 120원, 75원씩을 부과하고 있으며 리튬전지와 니켈카드뮴전지의 경우에는 개당 2원씩의 폐기물부담금을 부과하고 있다. 또한 알칼리망간전지 및 망간전지는 96년7월 폐기물부담금 항목에서 제외되어 현재 일반 쓰레기와 함께 처리되고 있으나 향후 재활용을 위한 준비단계로 일부 지방자치단체에서 수거 시범화 사업을 진행하여 폐망간전지와 폐알칼리망간전지를 수거하고 있다.

폐산화은전지는 수거업자에게 예치금을 반환하고 있는데 지방환경청에서 수거된 폐산화은전지 1 kg을 계량하여 개수를 정하고 개당 75원씩의 예치금을 반환하고 있다. (평균 1kg당 약 20만원) 따라서 산화은전지의 경우 수거율이 100 %에 이르고 있으며 이렇게 수거된 폐산화은전지는 재활용처리업체에게 처리비용을 제공하지 않고 무상으로 위탁처리를 수행하고 있다. 폐니켈-카드뮴전지의 경우 개당 2원씩의 환경부담금만이 부과되어 체계적인 수거가 이루어지지 않고 있으며 국내 재활용업체에서 수거하는 폐니켈-카드뮴 폐전지의 수량은 불과 32톤 으로 국내 총발생량의 2 - 3 %에 불과한 실정이다. 국내 납축전지의 회수량은 연간 약 80,000톤으로 회수율은 거의 100 %에 이르고 있으며 국내 재생연 생산업체가 12개이고 이중 8개 업체가 가동중에 있다.

<표 5>  폐건전지 수거 현황    (단위 : kg)

종류	□92	□93	□94	□95	□96	□97	□98	□99
수은전지	13.5	329.5	588.0	53.0	0	119.9	0	0
산화은전지	1,358.0	6,297.0	5,785.8	4,402.0	5,692.5	5269.0	6704.5	3693.5

자료 : 환경관리공단 내부자료

2. 국내외 기술수준

가. 망간전지, 알칼리 망간전지

지금까지 개발된 망간 및 알칼리 망간전지의 재활용 기술은 유해 중금속인 수은의 분리, 회수가 주목적이었으며 일본의 Clean Japan Center에 의해 일본 북해도의 이토무가 광업소에 년간 6천톤 처리규모의 재처리 시설이 건설되었다. 수거된 폐전지는 600 ℃ - 800 ℃에서 회전식 배소로에서 수은을 기화시키고 응축기에서 응축시켜 회수한 후 재증류를 통하여 고순도 수은을 얻는다. 또한 수은이 제거된 배소재는 재분쇄를 행한 후 자력선별기에서 철, 망간성분과 비자성체인 아연 드로스로 분리가 된다.

한편 일본 스미토모 중기계공업에서는 폐전지에 포함되어 있는 아연, 망간, 철 및 수은을 동시에 처리할 수 있는 공정을 개발하였다. 폐전지를 파쇄하지 않고 곧바로 수직형 샤프트위에 투입하며 700 ℃에서 수은을 먼저 기화, 응축시켜 분리한 후 1500 ℃의 용융로에서 아연을 기화, 응축시켜 아연금속으로 회수하고 망간은 페로망간으로 회수하는 공정으로 구성되어 있다. 국내에서는 현재 상용화된 폐망간전지, 폐알칼리망간전지 재활용 기술은 없는 상태이며 연구소 및 학계에서 상용화를 위한 연구를 수행중에 있다.

나. 수은전지

수은전지는 원통형과 단추형 등이 있으며 수은의 함량이 약 30 %에 이르므로 이의 처리를 위한 소규모의 특수한 장치가 개발되고 있으며 스웨덴의 MRT system과 미국의 Bethlehem Mercury system이 있다. 회수된 수은전지를 진공로에 투입한 후 진공도, 온도, 반응시간 등을 조절하여 수은을 전부 기화시킨 뒤 응축기에서 회수하며 유기물질은 afterburner에서 연소시킨다.

다. 산화은전지

산화은 전지의 재활용은 건식법과 습식법으로 나누어진다. 건식법에서는 산화은 전지를 동제련의 전로 또는 연속로 중에 동 스크랩과 같이 투입하여 용해시킨 후 조동으로 만들고 이를 동 양극판으로 주조한 뒤 전해법으로 동을 정련하는 과정에서 양극 슬라임이 발생하는데 이 양극 슬라임으로부터 은을 회수한다. 습식법은 산화은 전지를 질산 등으로 용해한 후 염소 화합물을 가하여 은을 염화은으로 침전, 분리하는 방법이다. 염화은은 환원제를 첨가하여 순도 99 %의 환원 은으로 만든 뒤 건식로에서 용융시켜 은 양극을 주조한 뒤 전해법에 의해 순도 99.99 %의 은을 제조한다. 폐산화은전지로부터 수은을 제거하고 은을 자원화하는 공정은 대부분의 국가에서 상용화되어 있으며 우리나라에서도 한국자원연구소가 공정을 개발하여 현재 상용화 공정을 설치중에 있다.

라. 리튬이온전지

국외의 경우, 일본만이 소니와 스미토모가 공동으로 리튬전지 자원화 기술개발을 어느 정도 수행하여 pilot plant 규모에서 기술실증을 하고 있으며 2002-2003년에 실용화 예정에 있다. 국내에서는 아직 리튬전지 자원화 기술개발은 기초연구수준에 머물러 있d으며 한국자원연구소에서 리튬이온전지의 물리적 선별기술과 유가금속 회수에 대한 기초연구가 진행되고 있다.

마. 니켈-카드뮴 전지

우리나라의 한일금속재생(주)에서 일본의 대표적인 이차전지 재생업체인 NRC(Nippon Recycling Center)와 합작법인으로 연간 2,500톤 규모의 폐니켈-카드뮴 재활용 공장을 설치하여 처리중에 있다. 폐전지를 파, 분쇄하여 약 900 ℃에서 증류하여 카드뮴만을 증발, 응축시켜 카드뮴 괴로 회수하고 증류잔사인 니켈-철 성분은 페로니켈의 원료로 외국에 수출하고 있으나 국내에서 수거되는 니켈-카드뮴 전지의 양이 절대적으로 부족하여 대부분의 폐전지를 수입, 처리하고 있다.

바. 납축전지

폐납축전지의 처리기술은 반사로법, 로터리킬른법, 큐폴라법이 있다. 국내에서는 주로 큐폴라법을 적용하고 있는데 우선 폐납축전지를 해체하여 황산과 플라스틱을 제거한 후 열원 및 환원제로 코크스와 철편을 사용하고 용융재로 규석, 석회석 및 큐폴라 슬래그를 함께 사용하여 제련한다.

그림 2  습식침출법을 이용한 폐산화은 전지 처리 공정도

					폐산화은전지
					증류
Crude Hg 전해액										잔사
															HNO3
										침출
										여과
					잔사										용액
					Case, 탄소,										Ag, Fe,
					가스켓 등										Ni, Zn 등
																				NaCl
															여과
										AgCl										폐액
																				Fe, Ni, Zn
															NaOH,
															환원제(포도당)
										Ag 분말

표 6. 상용화되었거나 개발중인 폐전지 자원화기술의 장단점.

구 분	기 술	공 정	장 점	단 점
고온 분리 기술	함수은 폐전지 처리기술(이토무카 공정, 스웨덴 MRT 공정, 스위스 RECYMET법)	감압배소로에서 600 - 800 ℃로 가열하여 전지내 수은을 증발, 응축시켜 회수, 기타 성분은 자력선별 등의 물리적 방법으로 분리하여 재활용	파쇄와 같은 전처리가 필요없음. 수은의 낮은 비점을 이용하여 분리가 간단함.	배가스내 수은을 회수하는 처리시설 필요, 대기오염을 유발
	폐망간전지 처리기술(스미토모 공정)	1000℃로 환원배소후 휘발아연을 응축 회수하고 잔사를 페로망간으로 회수	처리공정이 단순하고 대량처리가 가능	아연순도가 낮고 저급 페로망간이 회수됨
	폐니켈-카드뮴 전지 처리기술 (한일금속재생 공정)	감압배소로에서 1200 ℃로 처리하여 카드뮴을 회수한 뒤 잔사는 페로니켈로 활용	비점 차이로 카드뮴만을 분리	전력소모 큼 잔사의 고부가가치화를 위해 추가처리가 요구됨
습식 분리 기술	폐산화은전지 처리기술	질산으로 침출한 뒤 침전법, 흡착법으로 은과 수은을 회수	처리공정이 단순, 수은을 습식으로 회수	침출시 배가스 문제 조업속도가 느림
	폐망간전지 처리기술	황산침출로 철, 아연 및 망간을 단계별 침출한 뒤 침전시켜 연질페라이트 제조	고부가가치 산물의 제조	난용성 망간산화물의 침출곤란, 페라이트산업에의 시장개척
	폐리튬전지 처리기술	염산침출로 리튬과 코발트 침출후 용매추출로 코발트 분리, 리튬염 회수	대기오염 문제가 없음	파쇄시 리튬의 폭발위험

3. 국내외 기술개발 동향 및 전망

가. 망간 및 알칼리 망간전지 재활용

기존의 고온열처리 기술을 이용하여 수은을 회수하고 페로망간 원료로 공급하는 공정은 전지의 회수, 수송비용에 비하여 판매산물의 가격이 낮아 경제성에 문제가 되고 있는 실정으로 이를 개선하기 위하여 제조산물의 고부가가치화에 대한 연구가 진행중에 있다. 프랑스 Zimaval 회사에서는 폐전지의 물리적 선별을 통하여 망간 및 알칼리 망간전지만을 분리한 후 알칼리 침출법으로 아연만을 선택적으로 침출하여 전기화학적 환원에 의해 아연분말을 제조한 뒤 황산침출법으로 망간을 침출, 황산망간으로 회수하는 공정을 개발하여 현재 상용화 설비의 제작이 진행중에 있다. 이 공정에서는 페인트 원료로 사용되는 판상형 아연분말의 가격이 고가이므로 전체공정의경제성을 높이는데 기여하고 있으나 향후 세부적인 공정의 안정화작업이 필요한 단계에 있다. 일본 소니와  TDK에서는 황산침출법을 사용하여 금속성분을 용해한 뒤 화학적 반응을 통하여 각 성분별 금속화합물을 회수하여 소프트 페라이트 원료로 사용하는 공정을 개발중에 있다. 또한 침출용액중에서 망간만을 선택적으로 침전, 분리하는 공정으로 미생물법을 이용한 망간의 환원공정에 대한 연구도 진행중에 있다.

나. 리튬이온전지 재활용

일본의 리튬이온전지 제작업체인 소니와 스미도모 금속광산은 리튬전지를 소각처리하여 유기물을 제거한 후 철, 동 성분을 분리하고 남은 분말을 산침출하여 녹인 후 용매추출법을 이용하여 침출용액으로부터 코발트 성분만을 분리, 회수하는 공정을 개발하고 있다. 또한 폐리튬전지의 물리적 처리시 폭발성을 제거시키기 위한 방법으로 유기질내에서의 파쇄, 냉각상태에서의 파쇄 등 파쇄공정의 개선에 대한 연구가 진행중에 있다.

다. 함수은 폐전지의 재활용

기존의 공정에서는 증류법으로 수은을 기화, 응축시켜 회수하였으나 배가스로 인한 대기오염이 발생하므로 배가스중의 수은을 활성탄으로 흡착시켜 제거하는 공정이 개발되었으며 습식법으로 수은을 용해시킨 뒤 전기화학적 환원법과 용매추출법을 적용하여 폐수중의 수은을 회수하는 공정이 개발되고 있다. 또한 산화은전지로부터 은의 습식처리공정 또한 폐수발생이 문제점이 되므로 추출율을 높이고 추출제를 순환, 사용할 수 있는 새로운 침출공정의 개발이 진행중에 있다.

라. 니켈-카드뮴 폐전지의 재활용

고온으로 카드뮴을 증발, 응축시켜 회수하고 잔사를 페로니켈 원료로 판매하는 건식방법과 달리 카드뮴을 습식으로 회수하는 공정이 개발중에 있다. 물리적 파쇄, 선별공정을 거쳐 산침출(황산 2몰) 공정으로 유가금속을 침출시킨 뒤 카드뮴과 철을 TBP 추출제를 사용하여 일차 용매추출법으로 분리, 회수하고 여액으로부터 Cyanex 272 추출제를 사용하여 코발트를 분리하여 코발트와 니켈을 각각 회수하는 습식공정이 이탈리아 Texeco Eng.에서 개발, 규모확대 연구를 진행중에 있다.

마. 납축전지의 재활용

제련 실수율이 높은 큐폴라 제련법이 많이 쓰이고 있으나 여기에서 발생되는 분진의을 집합하여 처리하는 기술개발이 필요하며 황산납을 환원하여 황화철 슬래그로 배출할 때 일부 유황이 아황산가스로 전환되기 때문에 배출가스의 완전한 처리기술이 연구중에 있다.

4. 기술활용 범위

가. 관련제품

(1) 망간

망간은 주로 제철용, 건전지 산업 및 비철금속 합금산업에 주로 사용된다. 제철제강산업의 경우 전체 망간 소비량의 약 90 %가 철강산업에 쓰이며 이중 30 % 정도가 제철, 제강의 기능향상, 나머지 70 %가 합금소재로 쓰이고 있다. 제강용의 경우 망간은 탈황과 탈산 및 압연과정에서 파손을 방지하는데 사용되며, 합금소재로서 구조안정화와 강도 및 내마모성을 향상시킨다. 건전지 산업에서는 일차전지의 원료로서 이산화망간이 사용되며 기타 망간의 주요 사용처로는 페라이트, 용접봉, 농업용, 정수용 등이 있다. 망간전지 및 알칼리 망간전지의 재활용 공정에서 얻을 수 있는 황산망간은 사료, 안료 및 정수용 등으로 사용된다.

(2) 아연

아연은 저가의 금속으로 철강재료의 방식피복용(수중건조물, 철탑, 가선 및 일반구조물의 부식방지용 재료)으로 많이 사용되고 있다. 아연은 용융점이 낮아 다른 금속과 쉽게 합금이 되는 성질이 있으며, 구리나 알루미늄에 첨가해서 우수한 합금이 얻어지므로 합금재(일반 기계부품의 다이캐스팅 재료)로 많이 이용된다. 육방정계의 금속이지만 가공성은 비교적 좋아 실온에서의 가공이 가능하며 건전지 재료나 인쇄용 판재, 지붕재 등 아연도강판을 만드는데도 사용된다. 망간전지 및 알칼리 망간전지의 재활용 공정에서 얻을 수 있는 황산아연은 비스코스 인견응고액, 농약, 사료첨가제, 의약, 목재, 피혁방부제 및 식품용으로 사용된다.

(3) 은

은의 최대 사용처는 사진감광제용 질산은이다. 그 다음으로 전기접점, 은납, 관, 판, 선 등의 가공재와 장신구, 도금, 은박, 은분말 등에 사용된다. 산업용 사용량의 50 % 정도가 사진감광용에 사용되며 단일품목으로는 X-ray 용이 감광 사진용의 40 %를 차지하고 있으나 국내에는 필름제조사가 없기 때문에 사진재료 부문의 수요량은 수입에 의존하고 있다. 전기, 전자분야에서 은은 스위칭 디바이스나 전지용의 접점재료, 도체재료로 사용되고 있다. 또한 공조기, 광학기기, 경납소재, 치과재료 등으로 사용된다.

(4) 니켈

니켈은 가공성이 좋아 판, 봉, 선, 관으로 만들어 사용되며 내식성이 좋으므로 화학공업용 재료, 합금원소를 첨가한 내열재료, 자성재료 등 이용분야가 매우 다양하다. 국내에서는 스텐레스강 제조에 이용되는 것이 국내 수요의 89 %에 달한다. 니켈금속은 화폐, 각종 열교환기용 관재 및 배관재, 내식재료, 도금용 양극재료, 전자기기부품재료, 열전쌍 등으로 사용되며 페로니켈로서 스피커, 통신기, 계측기용 자석 등으로 사용되며 산화니켈로서 가스제조용 촉매에 사용된다. 황산니켈은 니켈도금용 용제로 사용되며 유지가공, 의약품, 식품제조용 촉매 등으로 사용되기도 한다.

(5) 코발트

코발트는 자석의 원료, 고속도강, 공구 및 다이캐스팅 등에 사용된다. 국내에서는 생산되지 않고 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 코발트 합금을 사용한 영구자석은 여조 종류가 제조되고 있으며 코발트 외에 바나듐, 텅스텐을 함유한 특수강으로 선반, 회전반 등 공작기계의 절삭 바이트에도 사용되는데 이 경우 코발트의 함량은 10 - 15 % 정도이다. 내열, 내식성이 우수하여 코발트를 함유한 스테인레스강이나 코발트기 합금제조에도 이용되고 있다.  WC, TiC 등의 분말에 코발트를 결합제로 소결시켜 고속절삭 능력을 갖는 초경합금에도 사용되며 원유의 탈황 촉매로도 사용되고 있다.

나. 제품의 시장규모 및 특성

(1) 망간

국내 망간 매장량은 63,237톤으로 망간광 품위저하와 열악한 부존조건에 의해 1987년 91톤을 끝으로 생산이 중단된 상태이며 국내 수요의 전량을 수입에 의존하고 있다. 1997년 망간의 국내 수요는 총 70 만톤이었다. 제철,제강용으로 사용되는 망간의 경우는 호주, 브라질에서 수입되며 건전지용으로 사용되는 EMD(Electrolytic Manganese Dioxide) 등은 일본이 세계시장을 장악하고 있어 일본과 호주, 브라질 등지에서 수입하고 있다. 동부산업 등에서는 합금철 제조에 사용되는 페로망간과 실리콘망간을 생산하고 있으며 고려화학, 현대페인트 등에서는 안료용으로 사용되는 망간산화물 분말을 제조하고 있고 삼화전자공업 등에서는 연질자성재료로 사용되는 망간페라이트를 생산하고 있다.

(2) 아연

국내에서 아연지금의 생산은 고려아연과 영풍에서 이루어지고 있으며 생산능력은 각각 30만톤, 9만톤이다. 우리나라의 아연소비는 연간 31만톤 정도로 세계소비량 약 740만톤의 4 %를 차지하고 있다. 주로 강판, 강관의 도금용 및 황동의 합금용으로 사용되는 아연의 수요는 자동차산업, 건설업 등 수요산업의 성장으로 1980년 이후 1997년까지 연평균 10.7 %의 신장세를 유지하였으며 1997년도 아연수요는 44만톤으로 내수 34만톤, 수출 10만톤이며 수요구성은 자동차 도금용 69.2 %, 합금용 11 %, 다이캐스팅용 10.4 %, 화학용 3.3 %, 기타 6.1 % 등이다. 국내 아연괴 수요는 철강 등 중화학공업의 지속적인 발전 및 소재산업의 혁신적인 신기술 개발로 그 수요와 사용범위가 날로 확대되는 추세이나 최근 저가의 북한산 및 중국산 아연괴 반입물량의 증가로 인한 국내 시장의 점유율이 계속 줄어들고 있다.

(3) 은

국내의 은 공급은 광산생산과 동, 연 등의 비철금속 제련시 부산물로서 은 생산 그리고 수입으로 이루어지고 있다. 국내 은 수요는 1995년 474톤, 1996년 653톤, 1997년 396톤으로 감소세를 보이고 있으며 수출입되고 있는 은의 형태는 은괴, 분, 봉, 형재, 판, 선 등이며 수입은은 은괴가 중량기준 80 % 이상을 차지하고 있다. LG니꼬 온산제련소는 국내생산 정광, 동제련 부산물 및 조은을 사용하여 순도 99.99 % 이상의 전기은을 생산하고 있고 고려아연 온산제련소에서는 연 제련 부산물 및 수입 조은을 사용하여 전기은을 생산하고 있다. 각각의 생산능력은 300톤/년으로 국내 제련소의 은 지금 생산실적은 동과 납 제련의 지속적 성장에 힘입어 신장세를 보이고 있으며 국내 전기은 생산능력을 고려할 때 동, 납, 비철산업의 경기상태, 은 가격 및 산업정책 등 공급여건이 좋아지면 이러한 추세는 계속될 전망이다.

(4) 니켈

니켈의 공급은 1988년까지는 전량 수입에 의존하였으나 1989년 코리아니켈이 연산 16,500톤 규모의 니켈공장을 가동하면서 수요의 일부를 충당하고 있다. 1997년 국내 니켈 수요는 133,654톤으로 용도별 사용비율은 스테인레스 89.0 %, 특수강 2.7 %, 비철합금 3.5 %, 주물 2.5 % 및 전기도금 2.3 %로서 외국과 비교할 때 스테인레스산업에 사용되는 비중이 상대적으로 높은 것이 특색이다. 코리아니켈에서는 고려아연과 캐나다 INCO사와 합작으로 합금전용 Utility 니켈을 생산, 국내 수요의 30 %를 공급하고 있다. 니켈제련은 타 비철금속의 경우와 달리 광산, 용련, 정련의 일관체제를 갖추고 있는 대형 생산업체들의 영향력이 크고 생산공법도 복잡하여 신규업체의 진입이 어려운 특성을 갖추고 있다.

(5) 코발트

코발트의 세계 매장량은 총 11,650천톤으로 자이레에 3,450천톤을 비롯하여 러시아, 필리핀, 쿠바 등의 순으로 5개국이 세계 75 %를 점유하고 있다. 심해저 자원개발이 순조롭게 진행되면 망간단괴 중에 있는 코발트의 이용이 가능할 것으로 생각된다. 코발트 광석의 생산량은 총 43,000 톤으로 자이레가 25,000톤을 생산하며 동, 연, 아연에 수반되어 생산되는 것들도 있다. 국내에는 함안, 김천 등에 72,000톤의 광량이 매장되어 있으나 생산은 없는 상태이며 화합물과 금속 등 두가지 형태의 제품이나 소재는 전량 수입에 의존하고 있다 1997년 코발트 국내 수요는 1,964 톤이었다.

5. 기술인 명부

오 종 기(한국과학기술연구원 금속공정연구원 책임연구원)

정 동 화(리필코리아(주) 대표이사)

이 상 호(한일금속재생(주) 대표이사)

김 인 석(한국신소재공업 사장)

박 경 호(한국자원연구소 자원활용연구부 책임연구원)

6. 참고자료 정보

1. 한국자원리싸이클링학회, □리싸이클링백서□, pp95∼106, 1999

2. 산업자원부, □자원기술개발의 추진전략 및 지원방안 연구(II)□, pp185∼268, 1999

3. 한국동력자원연구소, □희유금속과 첨단기술□ , 1984

4. S.P. Wolsky, □6th International Seminar on Battery Waste Management□, Workshop Proceedings, Florida, 1994

5. Tim White, "Commercial Opportunities in Consumer Battery Recycling", Workshop Proceedings, Singapore, 2000

6. 프랑스 Zimaval Technologies 회사의 자료

7. 한국자원연구소, □폐전지로부터 중금속 및 유가금속 분리회수에 관한 연구□, 환경부, 과학기술부, 1994

8. M Cavallini et., al, □Laboratory and Pilot Plant Processing of Spent Ni-Cd Batteries□, Fourth International Symposium on Recycling of Metals and Engineered Materials, 2000. 10,

□ 관련 Site

유럽 2차전지 폐기물 정보(http://www.bebat.be)

미국 니켈-카드뮴 폐전지 정보(http://www.rbrc.org)

프랑스 일차전지 재활용 정보(http://www.zimaval.fr)

과학기술부(http://www.most.go.kr)

국립환경연구원(http://www.nier.go.kr)

산업기술정보원KINITI)(http://www.kiniti.re.kr)

한국자원재생공사(http://www.koreco.or.kr)

환경관리공단(http://www.emc.or.kr)

환경부(http://www.me.go.kr)

한국자원연구소(http://www.kigam.re.kr