이 글의 목적은 2차전지 재활용(폐배터리·블랙매스·습식/건식 제련) 공정에서 발생하는 유해물질을 공정 단계별로 식별하고, 저장·취급·노출저감·환경배출·비상대응까지 현장에서 바로 적용 가능한 관리체계를 정리하는 데 있다.
1. 2차전지 재활용 공정에서 유해물질 관리가 어려운 이유
2차전지 재활용 공정은 “잔존전하·가연성 전해액·미세분진·강산/강알칼리·금속염”이 한 공정 안에서 연속적으로 등장하는 구조이므로 단일 대책으로 안전을 담보하기 어렵다.
또한 원료 형태가 다양하다. 모듈·팩 상태의 폐배터리, 셀 단위 스크랩, 제조공정 불량품, 블랙매스(파쇄·선별 후 분말 혼합물), 금속염 용액, 중간생성물(침전물·슬러지)까지 물질 형태가 바뀌므로 유해인자도 함께 변한다.
따라서 공정별 위험을 분해하여 “물질 중심 관리(화학적 유해성) + 에너지 중심 관리(전기·열·압력) + 배출 중심 관리(대기·수질·폐기물)”을 동시에 설계해야 한다.
주의 : 폐배터리는 겉보기 손상·전압이 낮아 보이더라도 내부 단락이나 잔존전하로 열폭주가 발생할 수 있다. 입고 단계에서부터 방전·격리·온도감시 체계를 갖추어야 한다.
2. 공정 단계별 유해물질·유해인자 한눈에 보기
| 공정 단계 | 대표 유해물질·유해인자 | 주요 노출경로 | 핵심 관리 포인트 |
|---|---|---|---|
| 입고·보관 | 잔존전하, 누액 전해액, 파손 셀 | 화재·폭발, 피부·호흡기 | 격리보관, 온도·연기감지, 누액 트레이, 상태분류 |
| 방전·무력화 | 전기적 에너지, 수소 발생 가능, 전해액 증기 | 감전, 화재, 흡입 | 방전조건 표준화, 환기, 폭발방지, 가스 모니터링 |
| 해체·파쇄 | 분진(금속·탄소), 전해액 비산, 날카로운 파편 | 흡입, 피부·눈, 절상 | 국소배기, 집진, 방폭 설계, 밀폐 이송, 청소 표준화 |
| 선별·세척·건조 | 유기용제(세정), 금속염 포함 폐수, 건조 시 증기 | 흡입, 피부, 환경배출 | 용제 회수, VOC 관리, 폐수 전처리, 건조 배기 처리 |
| 열처리(전처리/건식) | 유기물 열분해 가스, 금속흄, 산성가스 가능 | 흡입, 화상, 대기배출 | 가스처리(집진·흡수), 온도·산소관리, 작업구역 분리 |
| 습식침출(산/알칼리) | 산(예: 황산·염산 등), 과산화수소 등 산화제, 금속이온 용액 | 피부·눈, 흡입, 누출 | 이중차단, 방액턱, 내식 재질, 응급세안, 혼합순서 관리 |
| 용매추출·정제 | 추출용 유기용매, 산/염, 미스트 | 흡입, 피부, VOC | 밀폐·질소퍼지, 누출감지, 방폭, 정기 누설점검 |
| 침전·여과·건조 | 금속염 분진, 알칼리 슬러리, 여과케이크 | 흡입, 피부, 폐기물 | 분진 비산 방지, 케이크 수분관리, 슬러지 분류·보관 |
| 폐수·폐가스·폐기물 처리 | 산·알칼리, 중금속, 불소계, VOC, 집진분 | 환경배출, 2차 노출 | 중화·침전, 응집, 활성탄·흡수, 지정폐기물 관리 |
3. 핵심 유해물질군별 관리 전략
3.1 전해액 및 분해생성물 관리
리튬이온전지 전해액은 가연성 유기용제 기반인 경우가 많고, 누액 시 인화성 증기가 발생할 수 있다. 또한 전해염이 수분과 반응하면 산성 성분이 생길 수 있으므로 “수분 관리”가 유해성 저감의 출발점이다.
입고·파쇄·세척·건조 구간에서 전해액 잔류가 남아 있으면 VOC 배출과 화재 위험이 동시에 증가한다. 공정 설계 시 “잔류 전해액이 가장 많이 풀리는 구간”을 찾아 밀폐·환기·회수 장치를 집중 배치해야 한다.
주의 : 전해액이 묻은 분진·흡착재·걸레는 자연발열 및 재점화 위험이 커질 수 있다. 금속용기에 밀봉 보관하고, 물과의 접촉을 최소화하며, 현장 임시보관 기간을 짧게 관리해야 한다.
3.2 분진(블랙매스 포함) 관리
파쇄·선별 과정에서 생성되는 분진은 호흡기 노출의 대표 원인이다. 블랙매스는 탄소계 미세분말과 금속 성분이 혼재되어 있으며, 작업환경에서 비산하면 호흡기 자극뿐 아니라 청소·정비 작업 시 재비산으로 노출이 확대되기 쉽다.
분진 관리는 “발생 억제(저낙하·저충격) → 포집(국소배기·집진) → 확산 차단(구역화·차압) → 청소 표준화(습식 또는 진공)” 순으로 설계해야 한다. 특히 에어블로잉 청소는 비산을 급격히 키우므로 원칙적으로 지양해야 한다.
| 관리 항목 | 권장 기준 | 현장 적용 팁 |
|---|---|---|
| 국소배기 후드 | 발생원 근접 설치, 이동·점검 용이 | 파쇄기 투입구·배출구, 컨베이어 낙하점에 우선 적용하다. |
| 집진 방식 | 분진 특성에 맞는 여과 선택 | 미세분말은 필터 차압·파손을 상시 감시하고 예비 필터를 확보하다. |
| 청소 방법 | 산업용 진공 또는 습식 청소 | 건식 빗자루·에어건 사용을 금지하고 작업표준서에 명시하다. |
| 비산 방지 | 밀폐 이송·덮개 적용 | 오픈 트레이 이송을 줄이고, 중간 저장은 뚜껑 밀폐를 원칙으로 하다. |
3.3 산·알칼리·산화제(습식침출) 관리
습식 공정은 금속 회수 효율이 높지만, 강산·강알칼리·산화제를 사용하여 부식·화학화상·발열반응 위험이 커진다. 특히 혼합 순서, 투입 속도, 냉각 능력이 안전을 좌우한다.
실무에서는 “반응조 단독 위험”보다 “이송·저장·샘플링·여과” 같은 주변 작업에서 누출이 발생하는 경우가 많다. 따라서 배관·밸브·펌프의 내식성, 이중 격리(차단밸브+블라인드 또는 이중밸브), 방액턱과 비상배수 경로를 포함한 설계가 필요하다.
주의 : 산·알칼리 취급 구역은 응급세안·안전샤워 접근성이 핵심이다. 접근 동선을 방해하는 적치물을 금지하고, 동절기에는 동파 예방까지 포함하여 설비 가동성을 보장해야 한다.
3.4 유기용매(세척·추출) 및 VOC 관리
재활용 공정에서는 세척, 용매추출, 불순물 제거 등에서 유기용매가 사용될 수 있다. 이때 핵심은 “밀폐”와 “회수”이다. 단순 환기만으로는 농도 변동이 크고, 작업자 노출과 환경배출을 동시에 키울 수 있다.
밀폐 설비는 누설을 전제로 관리해야 하므로, 정기 누설점검(플랜지·패킹·샘플 포트), 누출감지(냄새 의존 금지), 배기 처리(활성탄·응축·흡수 등 공정 특성에 맞춤)를 체계화해야 한다. 방폭 구역에서는 점화원 관리(정전기·모터·스파크)와 접지·본딩 관리가 필수이다.
3.5 금속이온·슬러지·집진분 등 폐기물 관리
습식 공정의 침전·여과 단계에서 금속이온이 농축된 슬러지·여과케이크가 발생한다. 집진설비에서 회수되는 분진도 금속 성분을 포함할 수 있으므로, “재활용 원료”로 볼 것인지 “폐기물”로 볼 것인지 공정·품질·법적 기준에 따라 구분하여 관리해야 한다.
현장에서는 구분이 불명확해 라벨 누락, 임시적치 장기화, 서로 다른 성상의 혼합이 발생하기 쉽다. 따라서 용기 라벨 표준(내용물, 발생공정, 발생일, 담당자), 보관장소 지정, 반출 전 성상확인(수분·pH·반응성)을 운영 절차로 고정해야 한다.
4. 공정 설계에서 반드시 반영할 안전·환경 제어 요소
4.1 구역화와 차압 개념
재활용 공정은 분진과 증기가 동시에 발생하므로 구역화를 통해 오염 확산을 줄여야 한다. 파쇄·선별 구역은 외부로 분진이 나가지 않도록 관리하고, 습식·약품 취급 구역은 누출 시 다른 구역으로 번지지 않도록 바닥 경사·방액턱·배수 체계를 갖추어야 한다.
공조 설계는 “깨끗한 구역 → 오염 가능 구역 → 고오염 구역” 순으로 공기가 흐르도록 구성하는 것이 실무적으로 유리하다. 이를 위해 출입구 인터락, 에어커튼, 전실(에어락)도 고려할 수 있다.
4.2 밀폐 이송과 샘플링 안전
분진과 용액의 이송을 오픈 방식으로 운영하면 노출이 구조적으로 발생한다. 분말은 밀폐 스크류/진공 이송을 적용하고, 용액은 드립·미스트를 줄이는 커넥터와 드레인 회수라인을 구성해야 한다.
샘플링은 누출이 반복되는 대표 작업이므로 샘플 포트를 표준화해야 한다. 샘플링 용기는 파손 방지, 라벨, 누출 트레이, 세척 절차가 함께 설계되어야 한다.
4.3 응급대응 설비의 “배치”가 성패를 가르다
응급세안·안전샤워, 흡착제·중화제, 누출 키트, 소화 설비, 비상차단 스위치는 “있다”보다 “즉시 접근 가능하다”가 중요하다. 특히 산·알칼리·용매 취급 구역은 비상대응 설비가 작업 위치에서 가까워야 한다.
주의 : 비상대응 물품은 일회성 구비로 끝나지 않는다. 사용기한, 봉인 상태, 재고, 위치 표시, 야간 가시성까지 포함하여 월간 점검 체크리스트로 관리해야 한다.
5. 작업환경 노출 관리 체계
5.1 노출 시나리오 기반으로 측정·개선을 설계하다
노출 관리는 “측정 항목을 많이 하는 것”보다 “노출이 커지는 작업을 정확히 잡는 것”이 중요하다. 재활용 공정에서 노출이 증가하는 대표 순간은 파쇄기 개방, 막힘 제거, 집진통 교체, 여과지 교체, 슬러지 이송, 샘플링, 누출 청소, 설비 내부 청소이다.
따라서 정기 측정 외에도 작업 전후 비교, 개선 전후 비교를 통해 국소배기 성능과 작업표준 준수 여부를 검증해야 한다.
5.2 보호구는 마지막 장벽이므로 “선정·착용·유지”를 분리 관리하다
호흡용 보호구는 분진용, 유기용제용, 산성가스 가능 구역 등 목적이 다르므로 현장에서는 색상 구분·보관함 분리·교체 주기 표준화가 필요하다. 화학보호장갑도 산·알칼리·용제에 따라 적합성이 달라질 수 있으므로 한 종류로 통일하는 방식은 위험을 키울 수 있다.
보호구 착용은 교육만으로 유지되기 어렵다. 착용 불편을 줄이기 위한 작업동선 개선, 더운 구역의 휴식 기준, 고글 김서림 대책 같은 현장 개선이 함께 있어야 착용률이 올라간다.
6. 대기·수질·폐기물 배출 관리의 실무 포인트
6.1 폐가스 처리
파쇄·건조·열처리·용매 취급 구간은 배출 성상이 다르다. 분진은 집진 중심, 산성가스는 흡수 중심, VOC는 활성탄/응축/회수 중심으로 분리 설계하는 것이 운영 안정성을 높인다.
하나의 설비로 모든 오염원을 처리하려고 하면 특정 성상에서 성능이 급락하고, 유지보수 부담이 커질 수 있다. 따라서 공정별 배기 라인을 분리하고, 최소한 “분진 라인”과 “용매/VOC 라인”은 구분하는 운영이 유리하다.
6.2 폐수 전처리와 중금속 관리
습식 공정의 폐수는 pH, 금속이온, 염, 부유물, 경우에 따라 불소계 성분이 관여할 수 있다. 실무에서는 원폐수 변동이 커서 약품 투입량이 흔들리므로, 균등화조 운영과 pH 자동제어, 침전·응집의 단계적 적용이 안정적이다.
여과 케이크·슬러지의 함수율이 높으면 보관 중 누출과 악취, 작업자 접촉 노출이 늘어날 수 있으므로, 탈수 조건과 임시보관 용기·바닥 방액을 함께 관리해야 한다.
6.3 지정폐기물 가능성을 전제로 분리·라벨링을 고정하다
재활용 공정에서는 부산물이 “자원”으로 보이기 쉽지만, 성상과 관리기준에 따라 폐기물로 관리해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 가장 큰 문제는 서로 다른 부산물을 한 용기에 섞어버리는 관행이다. 혼합되면 성상확인이 어려워지고, 처리비가 상승하며, 안전성도 떨어진다.
따라서 발생원별 전용 용기를 지정하고, 라벨과 적치 구획을 고정하며, 반출 전 검토 절차를 운영해야 한다.
7. 입고부터 출하까지 “유해물질 관리 표준 절차” 예시
현장 적용을 위해 입고·보관·공정·배출·비상대응까지 한 번에 연결되는 표준 절차 예시를 제시한다. 사업장 여건에 맞게 항목을 추가·삭제하되, 순서와 책임 구분은 유지하는 것이 운영 안정성에 유리하다.
1) 입고/검수 - 배터리 형태(팩/모듈/셀/블랙매스) 분류하다. - 외관 손상, 누액 흔적, 팽창, 발열 여부를 확인하다. - 전압/온도 측정 후 기준에 따라 격리 등급을 부여하다. - 누액품은 누액 트레이에 올리고 밀폐 용기에 2차 포장하다. 2) 보관 - 격리 구역을 등급별로 분리하고 출입을 통제하다. - 온도/연기 감지와 소화 설비 접근성을 확보하다. - 바닥 방액, 배수 차단, 비상대응 키트를 상시 비치하다. 3) 방전/무력화 - 방전 조건(전류/시간/종료 기준)을 표준화하다. - 방전 구역 환기 및 가스 감시를 적용하다. - 이상발열 발생 시 비상 격리 절차를 즉시 시행하다. 4) 해체/파쇄/선별 - 발생원 국소배기와 집진을 상시 가동하다. - 파쇄기 개방, 막힘 제거 등 비정상 작업은 허가 절차로 관리하다. - 청소는 산업용 진공 또는 습식으로 수행하다. 5) 습식/정제 공정 - 산/알칼리/산화제 투입 순서와 속도를 표준화하다. - 이송은 밀폐 배관으로 하고 누출감지를 정기 점검하다. - 샘플링은 전용 포트와 누출 트레이로 수행하다. 6) 배출/부산물 관리 - 폐가스는 분진/산성가스/VOC 성상별로 분리 처리하다. - 폐수는 균등화조 운영과 pH 자동제어를 적용하다. - 슬러지/집진분/흡착재는 혼합 금지하고 라벨링 후 지정 장소에 보관하다. 7) 비상대응 - 누출, 화재, 인체 노출 시나리오별 행동요령을 작업장에 게시하다. - 응급세안/샤워, 흡착제, 중화제, 소화 설비를 월간 점검하다. - 사고 후 원인분석과 재발방지 조치를 기록하고 교육에 반영하다.8. 현장 점검 체크리스트
| 구분 | 점검 항목 | 판정 기준 | 점검 주기 |
|---|---|---|---|
| 입고 | 손상·누액·팽창·발열 배터리 분류 | 등급 라벨 부착, 격리구역 적치 준수하다 | 입고 시 |
| 보관 | 온도·연기 감지, 소화 설비 접근성 | 장애물 없음, 점검 기록 존재하다 | 일 1회 |
| 파쇄 | 국소배기·집진 가동, 차압/차압계 | 가동 상태 정상, 필터 차압 관리하다 | 교대/주간 |
| 청소 | 에어블로잉 금지 준수 | 진공·습식 청소만 사용하다 | 상시 |
| 습식 | 방액턱, 배관 누설, 샘플 포트 상태 | 누설 없음, 트레이 비치, 라벨 명확하다 | 주 1회 |
| 보호구 | 호흡보호구·장갑 적합성 및 교체 | 용도별 분리 보관, 교체 기록 존재하다 | 주간 |
| 폐수 | pH 제어, 침전·여과 운영 기록 | 이상 변동 시 원인 기록·조치하다 | 일/주 |
| 폐기물 | 슬러지·집진분·흡착재 혼합 금지 | 발생원별 용기, 라벨·보관구역 준수하다 | 상시 |
| 비상대응 | 응급세안/샤워, 누출키트, 소화설비 | 사용 가능, 위치표시 명확, 재고 충분하다 | 월 1회 |
9. 교육·문서화·변경관리로 사고를 줄이는 방법
재활용 공정은 설비 개조와 원료 변동이 잦다. 따라서 절차서가 최신 상태로 유지되지 않으면 현장 작업은 경험 의존으로 흐르기 쉽다. 교육은 신규자 교육으로 끝나지 않고, 설비 변경·약품 변경·원료 변경 시 추가 교육이 반복되어야 한다.
실무에서 효과가 큰 문서화 항목은 다음과 같다. 첫째, 작업표준서에 “예외 작업(파쇄기 개방, 막힘 제거, 필터 교체)”을 별도 절차로 분리하여 허가 기반으로 운영하다. 둘째, 누출·노출의 선행징후(냄새, 차압 상승, 배기 풍량 저하, 바닥 얼룩)를 발견했을 때의 보고 라인을 단순화하다. 셋째, 점검표는 체크로 끝내지 않고 “이상 발견 시 조치 기한과 책임자”를 함께 적도록 설계하다.
주의 : 원료 배터리의 화학계열(NCM, LFP 등)과 공정 선택(습식/건식/혼합)에 따라 유해물질 구성이 바뀔 수 있다. 원료 변경을 “생산 조건 변경”이 아니라 “안전 조건 변경”으로 취급하고 사전 검토 절차를 운영해야 한다.
FAQ
폐배터리 입고 시 가장 먼저 확인해야 할 안전 항목은 무엇인가?
가장 먼저 잔존전하와 이상발열 여부를 확인해야 한다. 외관 손상, 팽창, 누액 흔적이 있으면 격리 등급을 높게 부여하고 별도 구역에 보관해야 한다. 입고 즉시 분류·라벨링을 완료해야 혼입과 오배치를 줄일 수 있다.
파쇄 공정에서 분진 노출을 줄이는 우선순위는 무엇인가?
발생원 근접 국소배기와 집진이 최우선이다. 다음으로 밀폐 이송과 낙하점 비산 방지를 적용해야 한다. 청소는 반드시 산업용 진공 또는 습식으로 표준화하고, 에어블로잉은 금지해야 한다.
습식침출 공정에서 사고가 많이 나는 지점은 어디인가?
반응조 자체보다 이송 배관, 밸브, 샘플링, 여과·슬러지 이송 같은 주변 작업에서 누출이 발생하는 경우가 많다. 방액턱과 누출 트레이, 내식성 재질, 이중 차단, 응급세안 접근성을 묶어서 관리해야 한다.
VOCs와 분진이 동시에 있는 현장에서 배기 처리는 어떻게 접근해야 하는가?
성상이 다른 배출원을 하나로 묶기보다 분진 라인과 용매/VOC 라인을 분리하는 것이 운영 안정성이 높다. 분진은 집진 중심, VOC는 회수·흡착·응축 등 공정 특성에 맞춘 처리 중심으로 구성해야 한다.
부산물과 폐기물 경계가 애매할 때 현장에서 무엇을 먼저 해야 하는가?
혼합을 막는 것이 최우선이다. 발생원별 전용 용기, 라벨 표준, 보관구획 고정을 먼저 시행해야 한다. 혼합이 발생하면 성상확인과 안전관리 난이도가 급격히 올라가므로 초기 단계에서 분리 체계를 고정해야 한다.