강원도 정선 하이원 호텔에서 ‘석탄경석 활용 기술 네트워킹 워크숍’이 6월 28일 ~ 29일에 개최됐다. ‘한국광해관리공단’의 지역자원기반 신소재 원료사업 육성 사업의 일환으로 열린 이번 워크숍엔 석탄 산업 분야 전문가 50여 명이 모였다.
29일엔 경석 활용 기술에 관련된 5개의 주제발표와 패널 토론이 진행되었고, 30일엔 강원도 석탄경석 자원화사업 추진 현황과 2차년도 사업 결과 및 3차년도 사업계획을 협의하는 시간이 마련되었다. 주학님 기자 juhn28@naver.com

============= 워크숍에서 발표된 석탄 경석 활용 기술 =======================

석탄 활용성 향상을 위한 파쇄 선별 기술
한국지질자원연구원 김정윤 선임연구원
광물은 목적에 따라 물질을 분리하는 ‘선광(Mineral Processing)’ 공정을 거쳐 원료화 된다. 선광은 원료화의 핵심 공정이다. 광물의 물리적, 화학적 특성이 우선시 파악 되어야 이에 맞는 선광 공정(파쇄, 분쇄, 분립, 선별)을 진행할 수 있다.
한국지질자원연구원 김정윤 선임연구원은 “석탄 경석 자체가 다양한 광물로 구성되어 있고, 입도도 불규칙해 파·분쇄 및 광물간 선별 공정이 필요하다”고 이번 워크숍에서 전했다.
현재 국내 폐적탄광 적치량은 약 2.15억톤에 이른다. 이 폐석들의 이용 특성과 적용 분야를 파악해 이에 맞는 파·분쇄 공정을 진행하는 중요하다는 것이다. 김 선임연구원은 “선광 공정 중 파·분쇄 비용이 전체 비용의 70%를 차지하기 때문에, 파·분쇄 과정에서 에너지 효율을 향상시키기 위한 방법을 지속적으로 연구해야 한다”고 말했다. 활용 대상 경석의 선광을 위한 기초특성을 파악하고, 최종 제품(원료)의 특성을 확인한 뒤, 효율적인 성광 공정을 설계한다면 그 활용성이 향상된다는 의미다. 특히 최적 파·분쇄 공정을 적용하는 것이 비용 절감에 도움이 된다고 밝혔다.

석탄경석을 활용한 유리응용 기술
한국세라믹기술원 김진호 책임연구원
한국세라믹기술원 김진호 책임연구원은 “최근 에너지 절약이 화두로 떠오르면서 유리 단열재를 포함한 무기질 단열재 시장이 성장하고 있다”고 전했다. 문제는 국내 건축 산업에서 유리 단열재 전량을 수입에 의존하고 있는 상황. 이를 타파하기 위해 한국세라믹기술원이 국내 폐경석을 활용하여 유기질 섬유 단열재를 개발하는 연구를 진행해오고 있다고 밝혔다. 국내 폐경석 활용으로 원가를 절감하고, 품질 높은 제품 생산을 생산하는 것을 목표로 하고 있다.
건축용 유리 단열재는 벌크상(블록형, 보드형, 입상형) 단열재와 섬유형 단열재(Wool 형, Fiber형)으로 구분된다. 세기원이 연구·개발하는 유리단열재는 유리를 발포하여 제조하는 폼 글라스(Foam glass)와 단섬유 글라스울(Glass wool), 장섬유 피버 글라스(Fiber glass)이다.
김 책임연구원은 폐경석 이용한 유리 단열재 제조를 위해, ‘원소재인 폐경석을 활용하여 제품별 다양한 유리 조성 설계’, ‘균질한 유리 용융’, ‘기공 및 열팽창계수가 제어된 발포유리 제조를 위한 컬렛 제조 및 입도 조정’, ‘제품별 발포제 선정 및 조성 관리 성형 및 발표 열처리’, ‘균일한 직경과 낮은 열전도율을 갖는 유리섬유 제조를 위한 섬유화 및 울 제조’, ‘폐경석을 적용한 유리소재 단열재의 각 제품별 공정 표준화 및 평가’ 기술이 필요하다고 밝혔다.

유리의 발포거동 및 생성에 관한 연구
㈜인세라 기술연구소 방희곤 연구소장
발포유리(Foam glass/Multicellular glass)는 무기질 유리의 특성과 균일한 독립 기포 조직을 지닌, 유리의 고체상과 기체상으로 이뤄진 복합체이다. 1940년 미국에서 개발되었으며, 5cm 두께가 일반 벽돌 45~50cm 두께에 해당하는 단열효과를 내어 미국과 유럽에서 단열제로 가장 활발히 사용되고 있다.
㈜인세라 기술연구소 방희곤 연구소장은 “발포유리는 불연성, 내약품성, 가공성을 보유하고 있고 통기성과 흡습 흡수가 없어 단열성 경연 열화가 없다는 특징을 가지고 있다”며 “FED(Fuel Gas Desurfurization), 연돌 내벽(Iining)제 및 절연관(Duct insulation), 건축물 단열·방음재, 보냉재, 섬유화학 관계설비 분야에서 활용된다”고 밝혔다. 이어 방 연구소장은 “아시아 시장에서는 아직 발포유리의 활용도가 높지 않으나 유럽과 미국에서 활용되는 만큼 점점 세계 각국에서 활용되지 않을까 싶다”며 “아직 한국에서는 발포유리 개발 단계일 뿐, 생산하는 기업이 거의 없는 것으로 알고 있다”고 발표했다.
워크숍에 참여한 관계자들은 발포유리에 많은 관심을 보이며 국내에서도 하루 바삐 발포유리 상업화가 이뤄져야 한다고 입을 모았다.

석탄경석을 활용한 인공토양 제조 기술
포스코 기술연구소 박종력 책임연구원
포스코 기술연구소 박종력 책임연구원은 석탄경석을 활용해 인공토양을 제조하는 기술을 발표해 참석자들의 관심을 끌었다.
작물재배용 인공토양은 ‘상토(Growing media)’라고 불린다. 상토는 양질묘 생산에 적합한 물리, 화학, 생물학적 특성을 갖는 자재로 식물체를 기계적으로 지지해 주고 작물의 생육에 필요한 양분과 수분을 공급해 주는 활성화된 물질이다. 원예용과 수도용으로 구분되며, 원예용 상토의 국내 생산 규모는 50L 기준으로 600~800만포 정도이다. 현재 시판하고 있는 상토의 주원료는 코코피트 또는 피트모스이고, 제올라이트, 질석, 펄라이트 등의 광물과 일부 첨가제를 혼합하여 만들어진다. 그런데 상토의 주원료인 코코피트가 전량 수입에 의존하고 있어, 국내 상토 생산 기업이 원재료 확보에 어려움을 겪고 있는 상황이다.
박 책임연구원은 상토의 주원료를 무기물 기반 광물 자원으로 대체하고자 하는 연구를 진행했고, MCC 및 MLCC 인공토양의 구조를 설계해 물리적·화학적 특성을 분석한 결과, 농촌 진흥청의 기준을 모두 만족하는 결과가 나왔다고 밝혔다. 박 책임연구원은 “MCC 및 MLCC 인공토양의 물리적·화학적 특성 제어를 통해 다양한 작물군에 대한 식물맞춤형 인공토양의 제조가 가능할 것으로 여겨진다”고 말했다.

석탄계 피치를 이용한 그라파이트 제조기술 및 응용
한국세라믹기술원 조광연 책임연구원
흑연(석탄)은 전기가 잘 통하고 녹는점이 높은 특징을 가진다, 특히 상온에서도 반자성을 가지고 있어 다양한 산업 분야에 활용된다. 대표적으로 태양광, 반도체, 원자력 등의 산업에서 사용된다. 흑연 소재 원료 제조 공정은 ‘분쇄·혼합&압출(Mill, Mix&Extruding)’ - ‘소성(Baking)’ - ‘함침(Impregnation)’ - 재소성(Rebake) - 흑연화(Graphitizing) - 가공(Machingnig)으로 이뤄진다.
세기원은 석탄계 피치(Pitch,잔류물)를 활용해 ‘고효율 방열재용 다공성 탄소재’와 ‘자기소결성 피치 제조 및 고밀도 탄소재’를 개발 중에 있다. 세기원 조광연 책임연구원은 “탄소재는 항공, 자동차 산업에 활용될 것으로 보인다”며 “현재 시험 제조된 흑연은 480℃에서 5시간 열처리를 했을 때 8%가 휘발하는 결과를 보였다”고 밝혔다. 앞으로도 세기원은 흑연 연구·개발은 꾸준히 진행해 나갈 예정이다.

건설재료분야에서의 석탄회 유효활용 기술
동양대학교 정혁상 교수
석탄회는 발전소 보일러 안에서 석탄이 연소 된 후 남는 재이다. 국내에서 석탄회는 작년 기준으로 856만 톤이 발생되었다. 2016년 하반기에 삼척화력발전소가 증설되면 석탄회 발생량이 더 증가할 예정으로 보여 석탄회를 재활용해야 하는 문제가 대두되고 있다.
동양대학교 정혁상 교수는 석탄회를 균질화 해 ‘고유동성 채움재’ 재료로 활용하는 방안을 제안했다. ‘고유동성 채움재’는 저강도콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만든 유동성이 큰 채움재다. 석탄회, 시멘트, 물을 재료로 만들어지며, 매립지를 매꾸는 데 사용될 수 있다.
정 교수는 석탄회를 활용해 자체 개발한 ‘경량구조물 고유동성 채움재’가 토압감소, 부력방지, 지지력 확보, 일축압축강도 확보, 팽창성 등 환경영향평가에서 안전성을 확보했다고 전했다. 폐기물을 활용해 기존 채움재보다 가격 경쟁력도 갖췄다고 덧붙여 말했다.
정 교수는 “석탄회 고유동성 채움재가 토목, 광해방지 분야에 활용도가 높지만, 석탄회가 지정부산물로 지정되어 있어 법적으로 활용에 제한이 있다”며 안타까움을 나타냈다. 법적으로 석탄회를 대량 유효활용할 수 있도록 제도적 개선이 필요하다는 의견이었다.