KIGAM 한국지질자원연구원

저농도 금 함유 폐액으로부터 고효율 금 회수 기술

금은 전도도가 높고 잘 부식되지 않아 전자제품의 도선, 도선 연결 부품, 집적회로 등에 매우 광범위하게 활용된다.

특히 첨단 IT의 발전과 함께 금은 그 중요성이 날로 증가하고 있으며, 더불어 이러한 금을 회수하는 기술까지 중요해지기 시작했다.

전기·전자제품의 주요 부품인 PCB(Printed Circuit Board)에는 아주 미량이나마 금이 포함되어 있다. 때문에 제조 공정에서 발생하는 폐액·수세수뿐만 아니라, 전기·전자제품을 재활용하는 과정에서도 금이 함유된 용액이 발생한다. 이때 발생하는 폐용액에는 금이 약 50~300ppm 정도 함유되어 있는데 이러한 금을 함유한 폐액·수세수는 2015년 기준, 약 700만ton 이상으로 추정된다. 이처럼 전기·전자제품을 재활용하는 과정에서 발생하는 폐액·수세수는 숨겨진 ‘현금’과도 같다.

일반적으로 폐액·수세수에서 금을 회수하기 위해서는 ‘전해채취법(Electrowinning)’을 활용한다. 하지만 전해채취법은 용액 내 금의 농도가 10,000ppm 이상 존재하는 경우에 효과적이다. 수백ppm 이하의 저농도 금을 함유한 용액은 전기분해할 수가 없다. 이를 해결하기 위해서는 금의 용액 내 이동을 촉진해, 회수반응을 증가시키는 고속전해 기술이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하고자 자원회수연구센터 김수경 박사는 ‘에너지저감형 고효율 귀금속 회수장치’를 개발했다. 금이 수 백ppm 이하로 함유된 저농도 폐액·수세수로부터 고효율(회수율 99% 이상), 고순도(99.9%)의 금을 추출할 수 있는 기술이다.

본 기술의 핵심에는 특수 고안된 ‘사이클론 전해조’가 활용된다. 이는 금을 함유한 용액이 전해조 내부에서 난류(Turbulent Flow)와 원심력을 갖도록 해준다. 금이 미량 함유된 폐액은 저장소에서 나와 펌프에 의해 강한 압력으로 사이클론 전해조 내부로 들어간다. 사이클론 전해조의 내벽에 접선 방향으로 유입된 폐액은 빠르게 회전하며 하강해 일부는 아래로 나와 저장소로, 일부는 사이클론 내부에서 상승회관을 타고 다시 원래의 저장소로 유입된다. 이렇듯 저장소에 유입된 용액은 다시 전해조 내부로 유입되는 형식의 영구순환구조를 가진다.

특이점은 사이클론 전해조 벽면에는 캐소드(Cathode)가, 중앙부 터널부에는 애노드(Anode)가 설치되었다는 점이다. 강력한 난류와 원심력을 이용해 용액 내 금속 이온이 캐소드 전극 표면에서 환원되는 기회를 극대화하고, 이를 통해 저농도로 용액에 함유된 금을 쉽게 회수할 수 있게 되는 것이다.

본 기술을 통해 회수율 99%, 순도 99.9% 이상, 월 처리용량 20ton을 달성했을 뿐만 아니라, 회수하는 시간은 기존공정 대비 약 90%, 비용은 약 30% 이상 줄일 수 있다. 특히 본 기술은 금을 포함한 귀금속 폐액이 발생하는 어느 곳이나 적용할 수 있어, 경쟁력 또한 매우 높다.

한편, 본 기술은 지난 2016년 11월 ㈜지오머트리얼스에 기술이전 됐다. 폐PCB 스크랩으로부터 금을 회수하는 환원공정에 활용되고 있다. 기존 공정보다 공정 비용을 약 30% 이상 절감할 것으로 기대하며, 재활용이 어려운 폐액에서도 귀금속을 회수할 수 있어 다양한 시장개척과 신(新) 부가가치를 창출할 것으로 기대한다. 만약 본 기술이 성공적으로 상용화된다면, 현재 용액으로부터 금을 회수하는 데 사용되는 CIP(Carbon in Pulp)법, 수지(resin)법, 금속환원법(cementation) 등을 대체하는 새로운 혁신적 기술로 자리매김할 것으로 본다.

김수경 박사는 “전기를 이용한 전해법으로는 금 함유농도가 낮은 폐액？수세수에서 금을 회수할 수 없었다. 본 기술은 매우 짧은 회수 시간, 높은 회수율, 경쟁력 있는 전해공정으로 금을 회수할 수 있다. 때문에 금 회수 부가가치를 보다 더 높일 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다”고 말했다. 이어 “자원이 부족한 우리나라에서 귀금속 자원이 효율적으로 순환하는 사회가 구축되면 좋겠다”며, “전반적으로 재활용된 자원에 대한 품질 및 성능에 대해 사회 인식이 좋지 않다. 이런 상황에서 본 기술이 산업계에 적용돼, 자원순환 사회가 구축되면 좋겠다. 무엇보다 자원 재활용에 대한 국민의 인식이 개선되면 좋겠다”며, 기술 개발 소회를 밝혔다.