알루미늄드로스의 재활용은 알루미늄 재생지금 제조시에 요구되는 중요한 사항 중의 하나이다. 본 연구에서는 국내 재생 알루미늄업체에서 발생된 알루미늄드로스를 처리하여 알루미나질 내화물 원료로 재활용하고자 하였다. 드로스 시료를 크기에 따라 선별하고, 1 mm보다 작은 크기의 드로스를 수산화나트륨 용액으로 침출하여 드로스 중의 잔류 알루미늄을 용액 중으로 분리 추출하고, 침출용액에서 석출반응에 의하여 수산화알루미늄을 회수하였다. 드로스 중의 금속알루미늄을 회수한 후 발생된 침출잔사는 수세, 건조, 배소와 같은 일련의 처리를 하여 드로스 중의 잔류 금속성분을 산화물 형태로 변환시켰다. 배소 처리한 드로스 잔사를 골재 및 점결제와 배합하여 알루미나질 캐스타블내화물을 만들고, 굽힘강도와 압축강도를 시험한 결과 KS 기준치인 굽힘강도 $25\;kg/\textrm{m}^2$ 이상, 압축강도 $80\;kg/\textrm{cm}^2$ 이상을 만족하였다. 본 연구결과를 알루미늄드로스를 효율적으로 재활용할 수 있는 한가지 방안으로 제안하고자 한다.
알루미늄 폐드로스는 알루미늄 용해업체에서 발생되는 주요 폐기물 중 하나인데, 주요 성분은 알루미나이며 상당량의 금속 알루미늄이 잔류한다. 알루미늄 폐드로스 내에 잔류하는 금속 알루미늄을 수산화나트륨 용액으로 침출, 분리시켜서 수산화알루미늄으로 제조하는 과정에서 침출잔사가 발생되는데, 침출 후 여과잔사의 주요 성분은 알루미나이다. 본 연구에서는 이 침출잔사를 세척, 건조, 배소하여 알루미나질 캐스타블 내화물과 같은 세라믹 원료로 재활용하는 연구를 수행하였으며, 상용화를 위한 파일롯트 플랜트시험을 수행하였다. 실증 생산라인은 년 간 1,000톤의 폐드로스를 처리하여 약 700톤의 세라믹 원료를 생산할 수 있는 규모이다. 생산라인의 시운전 결과, 개발 기술의 상용화 적용 가능성을 확인하였으며 상용화를 위해서 건조기의 개선과 Na, Fe등 불순 성분들이 시료에 유입되는 것을 줄여야 하는 문제점들을 파악할 수 있었다.
알루미늄 폐드로스는 알루미늄 용해 시에 발생되는 주요 폐기물로서 주요 성분은 알루미늄이며 또한 상당량의 금속 알루미늄이 잔류한다. 본 연구에서는 국내 재생 알루미늄업체에서 발생된 알루미늄 폐드로스를 수산화나트륨 용액으로 침출하여 폐드로스 중의 잔류 알루미늄을 용액 상으로 침출, 분리시키고, 침출용액 중에서 알루미늄 성분을 수산화알루미늄으로 회수하였으며 침출 여과 시에 발생된 폐드로스 잔사는 수세, 건조, 배소 과정을 거쳐 알루미나질 세라믹 원료로 재활용하였다. 또한, 1일 4톤의 알루미늄 폐드로스를 처리할 수 있는 규모의 파일롯트 플랜트를 건설하였으며, 시운전을 통하여 개발기술의 재현성을 확인함으로써 연구결과의 상용화 가능성을 제시하였다.
블랙드로스에는 금속 알루미늄, 알루미나, 실리카, 산화마그네슘, 가용성 염 및 미량 성분이 함유되어 있다. 블랙드로스를 사용가능한 재료로 전환시키기 위해서는 실리카의 양을 조절하는 것이 중요하다. 먼저 가용성 염인 염화나트륨과 염화칼륨은 $50^{\circ}C$에서 물에 용해되었다. 물세척 후 잔사에 함유된 실리카, 알루미나, 산화마그네슘 및 산화타이타늄의 침출거동을 NaOH의 농도와 반응온도를 변화시키며 조사하였다. 반응온도 $25{\sim}95^{\circ}C$에서 알루미나의 침출율은 온도에 비례하나 실리카의 침출의 경우에는 최적 온도가 존재하였다. 한편 2~6 M의 NaOH용액에 산화마그네슘은 전혀 용해되지 않았다. 5 M의 NaOH와 $95^{\circ}C$에서 알루미나와 실리카의 침출율은 각각 80과 68%이었다.
알루미늄 폐드로스를 이용한 다공성 경량세라믹의 제조조건을 제시함으로서 폐드로스의 요업용 원료로서의 재활용가능성을 살펴보았다. 알루미늄 폐드로스의 전처리 과정으로 4~7번의 수세와 900$^{\circ}%의 배소를 수행하여 수세와 배소 특성을 살펴보았다. 배소 후 드로스는 XRD분석에 의해 스피넬상이 형성되었다. 배소된 폐드로스는 슬러리 상태로 분쇄되었다. 분쇄시 슬러리의 분산성을 확보하여 고농도의 슬러리를 제조하기 위해 분산조제 첨가량에 따른 분산특성을 살펴보았다. 다공체는 슬러리 발포법을 사용하여 제조되었다. 발포조제로 계면활성제가 첨가되었으며 상온에서 자기체적의 2-3배로 발포된 후 성형-건조되었다. 3배 발포시켜 제조된 다공체는 기공율이 약 84%, bulk 밀도는 약 0.59 g/cm$^3$로 측정되었고, 50~500 ${\mu}m$ 크기범위의 기공들이 형성되었다. 화상해석결과 다공체 표면의 평균기공크기는 약 200 ${\mu}m$ 였다. 알루미늄 폐드로스 성형체는 1150$^{\circ}C-1250$^{\circ}C에서 소결되었으며, SEM관찰결과 1200$^{\circ}C에서 소결특성이 양호한 것으로 나타났다.
알루미늄 폐드로스 내에 잔류하는 금속 알루미늄을 수산화나트륨용액으로 침출, 분리시켜서 수산화알루미늄으로 제조하는 과정에서 침출잔사가 발생된다. 본 연구에서는 이 침출잔사를 세척, 건조, 배소하여 알루미나질 캐스타블 내화물과 같은 세라믹 원료로 재활용하는 연구를 수행하였으며, 상용화를 위하여 파일롯트 플랜트 시험을 수행하였다. 시험 생산라인은 년간 1,000톤의 폐드로스를 처리하여 약 700톤의 세라믹 원료를 생산할 수 있는 규모이다. 생산라인의 시운전 결과 상용화를 위해서는 건조기의 개선이 필요하고, Na, Fe 등 불순 성분들이 시료에 유입되는 것을 줄여야 하는 문제점들을 파악할 수 있었으며, 개발한 기술의 상용화 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
질소분위기 중에서 솔더 접합부의 특성 및 solderability을 검토하기 위하여 대기분위기와 질소분위기에서의 젖음성을 평가하였다. 또한 솔더접합부의 브리지결함(bridge defect)을 대기와 질소분위기 중에서 비교 검토하였다. 이 결과, 질소분위기 중에서 Cu표면을 사포로 연마한 시편, Cu표면에 Sn-Pb 및 Sn으로 도금한 시편에서 젖음성이 향상되었다. 대기분위기에 비해 젖음시간은 약 0.2~0.45초 정도 시간이 감소하였고, 최대젖음력 ($F_{max}$)도 대기중에 비해 약 1.8~2.8 N 정도가 커졌다. 질소유량에 따른 젖음시간($t_2$)과 젖음력을 측정한 견과 질소유량이 10 1/min에서 30 1/min으로 증가함에 따라 대기중 분위기에 비해 젖음시간($t_2$)는 약 0.25초 정토 감소하였고, 젖음력은 2.3 N 정도 상승하였다. 따라서, 질소분위 기에서 무세정용 플럭스를 사용해도 젖음성이 떨어지는 것을 보완 할 수 있다. 질소분위기에서는 젖음성을 향상시키고 산화물(dross)를 억제시켜주어 대기 중 보다 브리지 (Bridge)발생률이 25~76%정도 떨어졌다. 브리지 발생률은 피치간격이 미세할수록 질소분위기가 대기 중 보다 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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