대덕연구단지의 세라믹스연구 현장(1) - 한국지질자원연구원 세라믹원료 광물처리·소재화 기술 연구 주력 자원활용연구부 등 3개 연구부서에서 총38개 세라믹관련과제 수행 대덕연구단지내에 위치한 총리실 산하 공공기술연구회 소속 정부출연기관인 한국지질자원연구원(www. kigam.re.kr 원장 이태섭)은 자원활용연구부(부장 이재천)와 환경지질연구부(부장 신성천), 지질연구부(부장 황재하) 등 3개 부서를 중심으로 세라믹 원료광물 처리와 소재화 기술과 공정을 연구 개발하는 업무를 수행하고 있다. 이중 세라믹 관련 연구가 가장 활발히 진행되고 있는 자원활용연구부의 세라믹 관련 연구 분야는 크게 세라믹 원료 광물의 부가가치 향상연구와 세라믹 원료소재 제조연구 및 폐자원 재활용연구로 분류되고 있다. 세라믹 원료 광물의 부가가치 향상연구는 여러 가지 선별과 분리, 제련방법들을 이용하여 유용광물의 부가가치를 향상시키는 제반 기술에 관한 연구를 수행하고 있다. 연구대상은 국내외 비금속 자원과 석탄 등의 에너지 및 저품위의 미이용 자원 등이며 이들의 활용성 제고, 용도 개발을 위한 연구시설을 구비하고 있으며 산업화를 위한 관련 기술 및 공정개발 연구를 담당하고 있다. 주요 연구 실적으로는 ‘규석, 석회석, 납석, 점토광물, 흑연 등과 같은 산업원료용 광물의 정제, 합성, 미립화, 입도제어 및 표면개질 등 기능성 부여기술의 개발’과 ‘심해저 망간단괴, 희토류 광물자원의 제련기술 개발’ 등이 있다. 그리고 세라믹 원료소재 제조연구는 세라믹 등 광물자원으로부터 유용물질을 추출, 분리하고 정제 과정을 거쳐 얻어진 소재원료로부터 화학, 요업, 전자산업 등 산업제품의 원·부 재료로 사용되는 각종 원료소재의 제조와 연구를 담당하고 있다. 이에 대한 주요 연구 실적으로는 ‘각종 화합물 및 초미분체 제조와 nano-scale 자정재료합성’과 ‘실리카, 경질탄산칼슘, 생체재료 등 기능성 소재개발’ 등이 있다. 또한 폐자원 재활용연구는 폐기물 관리시스템, 폐자원의 재활용기술개발, 그리고 환경오염 저감화기술 등에 관한 연구를 수행하고 있으며 주요 연구실적으로는 ‘석탄회, 산업슬러지, 드로스로부터 세라믹 소재자원화 기술개발’과 ‘광산폐기물로부터 고품위 실리카 등 유용자원 회수기술개발’ 등이 있다. 또한 환경지질연구부에서는 지질자원의 평가, 예측 및 개선 연구를 담당하고 있고 지질연구부에서는 지질과학의 발전과 지질자원의 확보를 목표로 하는 연구를 수행하고 있다. 현재의 연구인력 현황을 보면 박사 27명, 석사 3명으로 구성되어 있으며 이들 연구원들을 중심으로 총 수행 과제 225건 중 16.8%를 차지하는 38개(연구비 : 57억)의 세라믹 관련과제(표 2)를 수행하고 있다. 이중 자원활용연구부는 ‘알루미늄드로스의 세라믹원료화 처리기술개발’(연구책임자 박형규)를 비롯하여 33개의 과제를 진행하고 있다. 또한 환경지질 지질연구부에서는‘EMC용 실리카 미분체중의 불순물 분석표준화’(연구책임자 이길용)를 비롯하여 3개 과제가 진행되고 있다. 지질연구부에서는 ‘소각재 용융슬래그를 이용한 제올라이트 제조법 개발’(연구책임자 장영남)을 비롯하여 1개 과제가 진행되고 있다. 이와 같은 세라믹 연구를 바탕으로 ‘침강성 경질탐산칼슘 재결정 반응장치’(연구 책임자 안지환), ‘초미립 분말제조용 고진공 초미립화 장치’(연구책임자 최상근외 3인), ‘폐수처리용 다공성 세라믹 담체 및 그 제조방법’(정인화외 2인) 등 현재 128건(전체의 42.2%)의 지적 재산권(논문, 특허출원·등록)을 보유하고 있다. 한국지질자원연구원은 업체와 공동으로하는 연구 또한 활발히 하고 있다. 업체협력 과제 현황을 보면 현재 다원화학과의 협력 사업인 ‘위생용 충전제 생산을 위한 방해석 미립화 및 표면개질 기술개발(연구책임자 김상배)’을 비롯하여 11개 과제(표 3)를 수행하고 있다. 국외 협력 연구를 보면 현재 중국과 공동으로 분말합성과 코팅에 관한 연구를 수행하고 있으며 베트남과는 희토류 관련, 일본과는 나노 세라믹 관련 연구를 진행하고 있다. 이 밖에도 한국지질자원연구원인 국가공인 시험기관(KOLAS KT-013)으로 현재 40여명의 연구원이 100여종의 첨단분석장비를 갖추고 매년 20,000여개 이상의 각종 지질·환경 및 소재 관련 시료들에 대한 정성 및 정량분석, 광물·암석 감정 및 동위원소 분석, 암석물성 및 토질·골재 시험 등을 행하고 있다. 또한 한국지질자원연구원은 앞으로 세라믹 원료용 미이용 광물의 활용 연구와 세라믹 원료용 해외 부존 광물 자원의 개발과 처리기술 개발, 자원으로부터 나노기술의 소재화를 위한 요소기술 개발 및 나노분말의 양산화 기술 개발에 의한 국내 나노 분말 관련 산업의 발전에 주력하여 연구를 해 나아갈 것이라고 한다. 吳德根 기자 표 1. 세라믹 관련 분야별 세부연구내용 구분 주요 연구내용 세라믹 원료 광물의 - 규석, 장석, 석회석, 납석, 도석, 운모, 점토 광물의 정제에 의한 고부가가치화 기술 고부가가치화 기술 확립 생체용 바이오 세라믹스 - CaO-SiO2계 생체활성 세라믹스 제조 합성 및 평가 - 의사체액을 이용한 in vitro 평가 - 생체활성 유기/무기 복합재료 합성 비금속 분말 제조기술 - 미립화, 초정밀 분급 등을 이용한 비금속 미분체 제조 - 미분체의 특성평가, 입형제어, 표면개질, 입도제어 및 공정설계 - 침강성 탄산칼슘 세라믹 원료 합성 및 - 미분체 합성(TiO2 등의 나노분체) 나노분말 소재 합성 - 자성재료 제조(자성유체) - 제올라이트, 몬모릴로나이트 무기질 자원의 세라믹 - 광산폐기물, 폐플라스틱, 폐컴퓨터, 스테인레스 정련 슬러지, 석탄재 등으로부터 원료로의재활용 기술 유가자원 회수 및 소재화를 통한 무기질 자원의 재활용 기술 개발 표 2. 현재 진행중인 세라믹관련 과제 목록 재원 과제명 책임자 과기부 산업폐기물재활용 알루미늄드로스의 세라믹원료화 처리기술개발 박형규 과기부 산업폐기물재활용 소각재 용융슬래그를 이용한 제올라이트 제조법 개발 장영남 과기부 프론티어연구개발 산화철 폐촉매를 이용한 도금폐수 적용기술개발 이효숙 과기부 프론티어연구개발 고분자 폐기물로부터 고급 연료유 생산공정 실용화 최상근 과기부 특정기초연구사업 자성유체의 평판형 디스플레이 응용에 관한연구(2) 이효숙 과학재단 국제공동연구사업 생체활성 세라믹스의 유기 나노수식에 의한 고기능화에 관한 공동연구 조성백 과학재단 목적기초연구사업 자가골 대체용 생체활성 복합재료 개발에 관한 연구 조성백 산업기술평가연구 산업기술기반기술사업 EMC용 실리카 미분체중의 불순물 분석표준화 이길용 산자부 산자부출연협약사업 자원 및 원료소재 평가표준화를 위한 국제표준물질 제조 김건한 산자부 에너지자원기술개발 고효율 비산화물계 내화재료 제조기술 개발 정헌생 산자부 에너지자원기술개발 고령토의 건식 표면개질 방법에 의한 착색안료 제조연구 김병규 산자부 에너지자원기술개발 규석 초미분체 제조기술 최상근 산자부 에너지자원기술개발 고기능성 철촉매 제조기술 개발 이효숙 산자부 에너지자원기술개발 규석광으로부터 금속규소 및 화합물 제조기술 손용운 산자부 에너지자원기술개발 회토류광의 처리에 의한 고순도 소재원료 제조기술개발 김준수 산자부 에너지자원기술개발 침강성 탄산칼슘 슬러리 제조를 위한 고품위화 연구 안지환 산자부 에너지자원기술개발 기상수소환원법에 의한 코발트 초미분체 제조기술 개발 장희동 산자부 에너지자원기술개발 EMC용 실리카 분말소재제조를 위한 고품위화 연구 채영배 산자부 에너지자원기술개발 도전성 판상광물의 건축소재용 복합기능화 연구 김병곤 산자부 에너지자원기술개발 하수슬러지로부터 메디아제조를 위한 합성기술개발 연구 장영남 산자부 에너지자원기술개발 타겟용 고순도 티타늄 및 화합물 제조 기술개발 심건주 산자부 에너지자원기술개발 자성축냉 재료용 Er-Ni계 금속간 화합물 분말제조 및 특성평가 최국선 산자부 에너지자원기술개발 연삭용 니켈피복 다이아몬드 복합분말제조 기술개발 김동진 산자부 에너지자원기술개발 자원활용/소재 및 리싸이클링 기술동향 분석연구 김성돈 산자부 에너지자원기술개발 초경소재용 탄화탄탈륨 분말의 제조기술 개발 박제신 산자부 에너지자원기술개발 무연탄 석탄회 고함량 벽돌의 상용화를 위한 요소기술 개발 유연태 산자부 에너지자원기술개발 NdReB계 자석 스키랩으로부터 네어디뮴화합물 개발 윤호성 산자부 에너지자원기술개발 국내광물을 이용한 내열/내화소재 기술개발 정인화 산자부 에너지자원기술개발 아라고나이트 침강성 탄산칼슘 합성기술 개발 안지환 (주)원더코리아 수탁사업 견운모질 도석의 충전재 생산기술개발 및 산업화 연구 김상배 중기청 중소기업이전기술개발 세륨연마재 폐슬러리로부터 세륨의 고도 분리회수 및 관련기술의 최적 윤호성 중기청 중소기업기술혁신개발 방해석 초미분체의 표면개질 연구 김상배 중기청 중소기업기술혁신개발 석탄회로부터 미연탄소분 제거를 위한 정전선별 신기술 개발 전호석 과학기술기획공 사원자력중자기사업 이온주입법을 이용한 나노입자 합성기술 연구 우형주 한국전력공사 전력산업연구개발 탄황석고에 함유된 불순물의 분리선별 제거기술 및 공정개발 연구 정수복 한국환경기술진흥 차세대핵심환경기술 유해 폐광미의 무해화/감량화를 위한 고도 선별처리기술 개발 채영배 한국환경기술진흥 차세대핵심환경기술 폐석고중 중금속 및 유해오염원 안정화 처리기술 연구 배광현 해양수산부 해양수산연구개발사업 해수, 해사 중 유용광물 회수기술 개발 이재천 한국지질자원연구원(KIGAM)전경 전자빔 용해로 / Electron Beam Melting Furnace 표 3. 업체협력 과제 현황 연구과제명 연구책임자 협력업체명 위생용 충전제 생산을 위한 방해석 미립화 및 표면개질 기술개발 김상배 다원화학 견운모질 도석의 제지용 충전재 생산기술 개발 및 산업화 연구 김상배 원더코리아 도석을 이용한 충전제 생산 상용화 기술 조건준 다원화학 기상수소 환원법에 의한 코발트 초미분체 제조 기술 개발 장희동 (주)창성 산화철폐촉매로부터 도금폐수적용기술개발 이효숙 (주)유익 고기능성 철촉매 제조기술 개발 이효숙 동서산업 제올라이트 합성 연구 장영남 한일그린텍 적조 방재물 합성 연구 장영남 한국화학 천연 층상화합물의 고순도 정제 및 organoclay 제조공정 개발 채영배 한국반도체소재 EMC용 실리카 분말 소재 제조를 위한 규석광의 고순도화 연구 채영배 한국반도체소재 특수시멘트용 고품위 정제 석탄회 생산을 위한 정전신기술 개발 전호석 지오콘머테리얼 표 4. 주요 보유기기 기기명 대수 기기명 대수 AAS 2 Liquid Scintillation Counter 1 ICP-AES 3 XRD 2 ICP/MS 1 EPMA 1 XRF 2 Optical Microscope 3 Gas Chromatograph 4 Stable Isotope Mass Spectrometer 1 Gc/MS 2 MTS(Material test system) 1 Purge & Trap 2 Rock shear testing machine 1 HPLC 1 Dynamic strain amplifier 1 Ion Chromatograph 2 Shore Hardness tester 1 Accelerator 1 Triaxial Chamber 3 PIXE/PIGE 1 절리면 전단시험기 1 RBS/ERD 1 L.A 마모시험기 1 Neutron Activation Analysis 1 세르샤 마모시험기 1 SEM/EDX 1 Point Load Tester 1 FE-IR/FT-Raman 1 Gas Determinator 1 FT-NMR 1 Laser Micronsizer & Particle size 1 Total Reflection XRF 1 Specific Surface Area & Pore Size Analyzer 1 Laser Spectrometer 1 STEM 1